3. OCHRANA PŘED BLESKEM 3.1. Bleskový výboj a jeho účinky Blesk je součástí atmosférické aktivity Země, přičemž výboj blesku je zkratovým řešením dané situace. Blesk je silný přírodní elektrostatický výboj provázený emisí světla. Elektrický proud o hodnotě okolo 30 000 A procházející kanálem výboje rychle zahřívá okolní vzduch (až na cca 25 000 °C) a ten díky své expanzi a následnému smrštěním při ochlazení vytvoří akustickou vlnu - charakteristický zvuk hromu. Běžný bouřkový mrak vzniká ve výšce asi 2 až 5 km, uvnitř mraku dochází k vertikálnímu proudění částic o rychlosti do 100 km.h-1 a dochází k teplotním změnám a tím k vytváření vodních kapek a ledových krystalů. Jejich vzájemným pohybem a třením pak ke vzniku elektrostatického náboje v oblaku s tím, že kladně nabité krystaly mají tendenci stoupat nahoru a vytváří kladný náboj na vrcholu mraku a záporně nabité kroupy a vodní kapky padají do středních a spodních vrstev mraku, čímž vzniká oblast se záporným nábojem. Můžou tak při zvýšení elektrického pole nad hodnotu elektrické pevnosti vzduchového dielektrika vzniknout blesky (čárové) mezi jednotlivými mraky či mezi částmi jednoho mraku (jde o většinu blesků). Jak se bouřka pohybuje nad krajinou, vytváří na zemi pod sebou pomocí elektrostatické indukce náboj opačné polarity. A opět, pokud elektrické pole mezi zemí a bouřkovým mrakem dosáhne hodnot, při kterých už elektrická pevnost vzduchu nestačí, udeří blesk. Jedná se o blesk mezi mrakem a zemí, ale může vzniknout i blesk mezi zemí a mrakem. Negativní výboj mezi oblakem a zemí převládá, rovněž škody způsobené tímto typem blesku jsou oproti ostatním podstatnější. Při výboji blesku dochází nejdříve k tvorbě kanálu mezi oblakem a zemí tzv. vyhledávacím výbojem o průměru asi 10m směrem od oblaku s postupujícím vysoce ionizovaným plasmovým jádrem o průměru asi 1 cm. Tento zaměřující hlavní výboj probíhá rychlostí až 300 km.s-1. Po připlížení na několik desítek až jednotek metrů k zemi vzniká mezi výbojem a zvýšeným místem na zemi (špičky stromů, výškové budovy ap.) elektrické pole natolik silné, že překoná elektrickou pevnost vzduchu a dochází k přímému elektrickému výboji. Vyhledávací výboj vlastně přitáhne proti sobě vstřícný výboj od země, který se setká s vůdčím výbojem a uzavře elektrický oblouk. Ten trvá dokud nedojde ke sníženi náboje mezi oblakem a zemí a tzv. přetržení blesku, což trvá asi 10 až 100 mikrosekund. Časový průběh pozitivního výboje mezi oblakem a zemí je asi desetkrát pomalejší. Po přetržení blesku dochází k přelití náboje v oblaku - znamená to, že v již vytvořeném ionizovaném bleskovém kanálu dochází k dalším, slabším, tzv. následným výbojům s prodlevou mezi jednotlivými výboji v řádu desítek milisekund. Těchto výbojů může být i několik desítek, takže celkový výboj blesku může trvat i několik sekund.
Kulový blesk zářící koule o průměru 10 až 30 cm znají lidé již notně dlouhou dobu, avšak jeho vznik nebyl dosud nikdy uspokojivě vysvětlen. John Gilman z University of California v Los Angeles se domnívá, že ho tvoří atomy, jejichž valenční elektrony jsou excitovány do orbitálů s velmi vysokými kvantovými čísly. Průměr takového atomu může být i několik centimetrů, což způsobuje jejich snadnou polarizovatelnost. Proto mezi nimi mohou působit mimořádně silné van der Waalsovy síly, které by celý kulový blesk udržely pohromadě. Takový pozoruhodný jev by pak mohl být iniciován úderem blesku do určité hmoty, se specifikými vlastnostmi. Zatím jde o pouhou hypotézu a sama existence atomů s tak excitovanými elektrony (tzv. Rydbergovy atomy) je sporná. Eliášův oheň nebo také Oheň svatého Eliáše je akustický a optický jev vyvolaný vybitím statické elektřiny při silných bouřích (tzv. hrotový výboj). Dochází k němu na vyvýšených místech, hrotech, vrcholcích stromů apod., projevuje se modrým světelkováním objektu kde dochází k vybití statické elektřiny. Někdy z něj může vzniknout vstřícný výboj pro blesk. Přímý (blízký) úder blesku do hromosvodu budovy, do bezprostředního okolí budovy, kovové konstrukce, nebo do elektricky vodivých inženýrských sítí. Vzdálený úder blesku - vzdálenými údery se rozumí úder blesku do vzdálených objektů, úder blesku do vedení vysokého napětí, popřípadě výboj mrak – mrak v bezprostředním okolí uvažovaného objektu.
3.2. Ochrana před bleskem S účinností od 1. února 2009 vstupuje v platnost soubor norem ČSN EN 62305, které nahrazují do té doby platnou normu ČSN 34 1390. Problematika ochrany před bleskem je rozložena do pěti části normy ČSN EN 62305: ČSN EN 62305-1 Ochrana před bleskem - část 1: Obecné principy - popisuje používané názvosloví, škody způsobené bleskem a způsoby jak ke škodám dochází ČSN EN 62305-2 Ochrana před bleskem - část 2: Řízeni rizika - zabývá se řízením rizika, stanovením potřebného stupně ochrany a výběrem vhodných opatření ČSN EN 62306-3 Ochrana před bleskem - část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života - obsahuje způsoby provedení ochranných opatření pro snížení hmotných škod a nebezpečí života ČSN EN 62305-4 Ochrana před bleskem - část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách - zabývá se způsoby, jak ochránit elektritcké a elektronické systémy umístěné ve stavbách ČSN EN 62305-5 Ochrana před bleskem - část 5: Inženýrské sítě (norma teprve bude vydána) - bude řešit omezení poškození inženýrských sítí připojených ke stavbě (hlavně elektrických vedení)
3.2.1. Základní pojmy Hmotná Škoda - škoda na stavbě (nebo jejím obsahu) nebo inženýrské síti následkem mechanických, tepelných, chemických a výbušných účinků blesku; LEMP - elektromagnetický impulz vyvolaný bleskem (lightning electromagnetic impulse) elektromagnetické účinky bleskového proudu; LPZ - zóna ochrany před bleskem (lightning protection zone) - zóna, ve které je definováno elektromagnetické prostředí (hranice zón LPZ nemusí nutně být hmotná hranice budovy stěny, podlaha, strop). LPL - hladina ochrany před bleskem (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 budou překročeny (používá se pro návrh ochranných opatření podle odpovídajícího souboru parametrů bleskového proudu). LPS - systém ochrany před bleskem (lightning protection system) - kompletní systém používaný pro sníženi hmotných škod způsobených údery blesku do stavby. Sestává se z vnějšího a z vnitřního systému ochrany před bleskem. Vnější systém ochrany před bleskem (hromosvod) - skládá se z jímací soustavy, soustavy svodů a uzemňovací soustavy; Vnitřní systém ochrany před bleskem - skládá se z ekvipotenciálního pospojování proti blesku a/nebo elektrické izolace vnějšího systému ochrany před bleskem. Náhodná součást LPS - vodivá součást, která nabyla nainstalovaná pro ochranu před bleskem, ale která byla dodatečně použita k LPS (náhodný jímač, náhodný svod, náhodný zemnič) Třída LPS - číslo, které uvádí zatřídění LPS podle hladiny ochrany před bleskem, pro kterou je navržen LMPS - systém ochranných opatření před LEMP - kompletní systém ochranných opatření pro vnitřní systém ochrany před elektromagnetickými účinky bleskového proudu Riziko R- hodnota pravděpodobných průměrných ročních ztrát (lidských a na majetku) způsobených bleskem vztažená k celkové hodnotě chráněného objektu (lidí a majetku); Magnetické stínění - uzavřené kovové mřížové nebo souvislé stíněni obklopující chráněný objekt nebo jeho část, používané pro sníženi poruchovosti elektrických a elektronických systémů. SPD - přepěťové ochranné zařízení - zařízení, určené k omezení přechodných přepětí a ke svedení impulsních proudů (obsahuje alespoň jeden nelineární prvek) 3.2.2. Zóny ochrany před bleskem (LPZ) S ohledem na ohrožení bleskem jsou definovány následující LPZ: LPZ 0A zóna, kde je ohrožení přímým úderem blesku a plným elektromagnetickým polem
blesku. Vnitřní systémy mohou být vystaveny plnému nebo dílčímu impulznímu bleskovému proudu; LPZ 0B zóna chráněná proti přímým úderům blesku, ale ve které je hrozba plného elektromagnetického pole blesku. Vnitřní systémy mohou být vystaveny dílčím impulzním proudům blesku; LPZ 1 zóna, kde je impulzní proud omezen rozdělením proudu a SPD na rozhraní. Prostorové stínění může zeslabit elektromagnetické pole blesku; LPZ 2 ... n zóna, kde může být impulzní proud dále omezen rozdělením proudu a dalšími SPD na rozhraní. Další prostorové stínění může být použito pro další zeslabení elektromagnetického pole blesku. 3.2.3. Riziko a řízení rizika Riziko R -je hodnota pravděpodobných průměrných ročních ztrát. Pro každý typ ztrát, jenž mohou nastat ve stavbě nebo v inženýrské síti, může být oceněno odpovídající riziko. Rizika oceňovaná ve stavbě mohou být následující: R1 - riziko ztrát na lidských životech; R2 - riziko ztrát na veřejných službách; R3 - riziko ztrát na kulturním dědictví; R4 - riziko ztrát ekonomických hodnot Rizika oceňovaná v inženýrské síti mohou být následující: R‘2 - riziko ztrát na veřejných službách; R‘4 - riziko ztrát ekonomických hodnot Každé riziko je součet všech součástí rizika. Při výpočtu rizika se mohou součásti rizika seskupovat podle příčiny poškození a typu škody. Přípustné riziko Za stanovení hodnoty přípustného rizika je zodpovědný kompetentní orgán. Tam, kde údery blesku zahnují ztráty na lidských životech nebo ztráty sociálních nebo kulturních jsou typické hodnoty přípustného RT uvedeny v následující tabulce. Typické hodnoty přípustného rizika RT Typy ztrát
RT
Ztráty na lidských životech nebo trvalé úrazy
10-5
Ztráta veřejné služby
10-3
Ztráta kultumlho dědictví
10-3
Obecná rovnice ocenění rizika pro chráněný objekt Rx = N . P . L, kde N je počet nebezpečných událostí za rok (hustota úderů blesku do země a charakteristiky chráněného objektu, jeho okolí a půdy), P je pravděpodobnost poškození
stavby (vlastnosti chráněného objektu, ochranná opatření) a L jsou následné ztráty (přítomnost osob, typ služeb v objektu, hodnota zboží, opatření pro omezení velkosti ztrát) Pokud je vpočtené riziko R ≤ RT není ochrana před bleskem nutná. Pokud je R> RT musí se přijmout ochranná opatřeni pro sníženi na R ≤ RT pro všechna rizika, kterým je objekt podroben. 3.2.4. Hladiny ochrany před bleskem (LPL) Tato norma stanoví 4 hladiny ochrany před bleskem (I až IV). Pro každou LPL je stanoven soubor minimálních a maximálních parametrů blesku. Pravděpodobnost výskytu blesku s parametry, které odpovídají LPL I, je menši než 2%, a proto v této normě tato ochrana není popsána. Maximální hodnoty parametrů blesku pro různé hladiny ochrany před bleskem se používají pro návrh komponentů ochrany před bleskem (např. průřezu vodičů, tlouštky kovových stínění, proudové zatížitelnosti SPD, dostatečné vzdálenosti proti nebezpečnému jiskření). Minimální hodnoty vrcholové hodnoty bleskového proudu se používají pro stanovování poloměru valící se koule při určováni zóny ochrany před bleskem LPZ 0B, která nemůže být zasažena přímým úderem. Minimální hodnoty parametrů blesku a příslušné poloměry valících se koulí odpovídající LPL Kritéria zachycení
LPL
Označení
Jednotka
I
II
III
IV
Minimální vrcholový proud
I
kA
3
5
10
16
Poloměr valící se koule
r
m
20
30
45
60
Oka mřížové soustavy
ax b
mxm
5x5
10x10
15 x15
20 x20
Klasifikace budov Hladina LPL I II III IV
Druh objektu budovy s vysoce náročnou výrobou, energetické zdroje, chemická výroba, budovy s prostředím s nebezpečím výbuchu, nemocnice, automobilky, banky supermarkety, muzea, školy, rodinné domy s nadstandardní výbavou rodinné domy, administrativní budovy, obytné budovy, zemědělské stavby budovy stojící v ochranném prostoru jiných objektů (bez vlastního hromosvodu), obyčejné sklady apod.
Zařazení budovy do příslušné LPL závisí na konkrétní situaci
3.3. LPS - systém ochrany před bleskem Sestává se z vnějšího a z vnitřního systému ochrany před bleskem. 3.3.1. Vnější systém ochrany - hromosvod Úkolem hromosvodu je ochrana objektu před tepelnými a mechanickými účinky blesku, jeho funkce spočívá v zachycení přímého úderu blesku do objektu jímací soustavou, v bezpečném svedení bleskového proudu do uzemňovací soustavy pomocí svodu, a v rozvedení bleskového proudu v zemi pomocí soustavy uzemňovací. Hromosvod je tedy tvořen jímací soustavou, svody a uzemněním. Hromosvod se musí zřizovat na stavbách a zařízeních, kde by blesk mohl způsobit: - ohrožení života nebo zdraví (bytový dům, stavba pro shromaždování většího počtu osob, stavba pro obchod, zdravotnictví a školství, stavby veřejných ubytovacích zařízení nebo většího poctu zvířat, - poruchu s rozsáhlými důsledky (elektrárna, plynárna, vodárna, budova pro spojová zařízení, nádraží), - výbuch (výrobna a sklad výbušných a hořlavých látek, kapalin a plynů) - škody na kulturních, popřípadě jiných hodnotách (obrazárna, knihovna, archiv, muzeum, památkově chráněná budova), - přenesení požáru stavby na sousední stavby, které musí být dle předchozích odstavců chráněny, - ohrožení stavby, u které je zvýšené nebezpečí zásahu bleskem v důsledku jejího umístění na návrší nebo vyčnívá-li nad okolí (tovární komín, věž, rozhledna). 3.3.1.1. Rozdělení hromosvodů: Podle umístění rozlišujeme hromosvody umístěné na chráněných objektech, tzv. neizolované neboli neoddálené hromosvody, patří sem hřebenová soustava, mřížová soustava šityčový hromosvod a hromosvody umístěné mimo chráněný objekt tzv. izolované neboli oddálené hromosvody, sem patří stožárový hromosvod, závěsový hromosvod nebo klecový hromosvod. Podle stupně poskytované ochrany dělíme hromosvody na normální a zesílené (mají větší počet jímacích zařízení, svodů i uzemnění a jsou vhodné především pro objekty s nebezpečím požáru nebo výbuchu). 3.3.1.2. Jímací soustava Pravděpodobnost, že bleskový proud vnikne do stavby, bude podstatně snížena, vhodným návrhem jímací soustavy, ta bývá tvořena tyčemi, mřížovými vodiči, závěsnými lany nebo jejich kombinací. Umísťuje se na rozích, exponovaných místech a hranách střech objektů. Pro návrh jímací soustavy se používají tyto tři metody: - Metoda valící se koule je nejuniverzálnější projekční metodou, která je doporučena pro geometricky komplikované příklady. Poloměr valící se koule simuluje vstřícný výboj ze
země nebo z jímací soustavy proti vůdčímu výboji, který sestupuje z mraku. - Metoda mřížové soustavy muže být použita univerzálně nezávisle na výšce a tvaru střechy objektu, ale nejvhodnější je pro rovné střechy. Jímací soustava musí být umístěna pokud možno na vnějších hranách objektu. Kovová atika muže být použita jako náhodný jímač, splňuje-li podmínky dimenzování. - Metoda ochranného úhlu je odvozena od metody valící se koule a je vhodná pro budovy s jednoduchými tvary. Ochranný úhel tyčového jímače je závislý na třídě LPS a na výšce chráněného objektu. Jímací vedení, jímací tyče, oka a dráty by měly být navrženy tak, aby všechna zařízení a konstrukční části, které jsou součástí chráněného objektu, ležely v ochranném prostoru jímací soustavy. Podle způsobu konstrukce jímacího zařízení se právě rozdělují hromosvody ať už umístěné na objektu či mimo něj. Hřebenová soustava - provádí se vedením po hřebenech sedlových střech, které mají převýšení větší než 1 m. Vedení je na podpěrách a může být doplněno jímacími tyčemi nebo pomocnými jímači, které jsou provedeny z drátu přečnívající nad chráněný objekt alespoň 30 cm. Mřížová soustava - je tvořena vedením na podpěrách, provádí se na rovných nebo pultových střechách, tvoří oka o rozměrech maximálně dle hladiny LPL (viz tabulka LPL). Hromosvod tyčový na jehlanových střechách nebo na úzkých vysokých objektech - je tvořen jímacími tyčemi, jímací tyče tvoří rovněž ochranné pásmo hromosvodu, které činí 112˚. Tyče jsou obvykle ocelové v ohni pozinkované a opatřené v dolní části stříškou. Hromosvod závěsný – u delších objektů je nad objektem zavěšené uzemněné lano upevněné na stožárech. U některých objektů se natáhne ještě cvičné lano nebo vytvoří hvězdicový hromosvod. Hromosvod stožárový - je tvořen stožárem, který stojí mimo chráněný objekt tento uzemněný stožár vytváří ochranné pásmo 112˚. Hromosvod klecový- je tvořen vedením ve tvaru klece s oky nejvýš 20 x 20 m, tato mříž se nikde nedotýká objektu je n chráněný objekt obklopuje.
Jímací soustava se umisťuje v případě nehořlavých střech přímo na povrch střechy, v případě střech z lehce hořlavého materiálu ve vzdálenosti minimálně 10 cm nad povrchem střechy (u doškových střech 15 cm) Za tzv. náhodný jímač se může považovat: - kovové oplechování chráněné stavby, pokud bude zajištěno trvalé elektrické propojení mezi různými díly (např. pájením natvrdo, svařením, lisováním, šroubováním nebo nýtováním) a pokud tloušťka oplechování není menší než je povoleno: - tam kde není nutné předcházet propálení oplechování nebo uvažovat vznícení lehce hořlavých materiálů pod obložením je to např. pro pozinkovanou ocel a měď 0,5 mm nebo pro hliník 0,65 mm, - tam kde je nutné provádět opatření proti propálení nebo nedovolenému zahřátí v bodu úderu je to např. pro pozinkovanou ocel 4 mm, pro měď 5 mm nebo pro hliník 7 mm - nejsou potaženy izolační hmotou - kovové součásti střešní konstrukce (nosník, vzájemně spojené armování atd.) pod nekovovou krytinou v případě, že tyto součásti nepatří k chráněnému objektu; kovové díly, jako např. ozdoby, zábradlí, rýny, potrubí, krytí parapetů atd., jejichž průřez není menší než průřez, který je dle norem stanoven pro jímací soustavu; - kovová potrubí a nádrže, jenž obsahují lehce hořlavé nebo výbušné látky, pokud jsou vyrobeny z materiálů, jehož minimální tloušťka odpovídá požadavkům této normy. V tomto případě nesmí být těsnění přírub řešeno nevodivým materiálem, pokud nejsou příruby vodivě spojeny. 3.3.1.3. Svod Svod je elektricky vodivé spojení mezi jímací soustavou a uzemňovací soustavou. Svody by měly svést bleskové proudy do uzemňovací soustavy tak, aby na budově nevznikly škody nedovoleným vysokým oteplením svodu. Počet svodů je závislý na třídě LPS (I, II, III, IV) a je určen podle obvodu střešních hran objektu. Aby se snížila pravděpodobnost škod způsobených bleskem, který proteče hromosvodem, je nutno svody umístit tak, aby spojovaly místo úderu se zemí: - více paralelními cestami - délka bleskového proudu byla co nejkratší - bylo provedeno vyrovnání potenciálu mezi vodivými součástmi objektu budovy Je-li navržen neoddálený hromosvod, musí být použity v každém případě minimálně dva svody. Měly by být rozmístěny po obvodu chráněného objektu s ohledem na architektonické a praktické požadavky chráněné budovy a měly by být rozmístěny pravidelně. Vzdálenost mezi svody je udána v následující tabulce:
Třída LPS
Vzdálenost mezi svody [m]
I
10
II
10
III
15
IV
20
Svody musí být rozmístěny pokud možno tak, aby bylo vytvořeno přímé pokračování jímací soustavy. Musí být instalovány přímo a svisle, aby bylo vytvořeno co nejkratší spojení se zemí. Svody neoddáleného LPS smí být instalovány: -je-li stěna z nehořlavého materiálu, smí se svody umisťovat na stěně nebo do stěny -je-li stěna z lehce hořlavého materiálu, smí se svody umisťovat na stěně, pokud zvýšení teploty způsobené průchodem bleskového proudu není nebezpečné s ohledem na materiál stěny -je-li stěna z lehce hořlavého materiálu a zvýšení teploty je nebezpečné, musí být svody umístěny tak, aby vzdálenost mezi svody a stěnou byla minimálně 10 cm (součásti pro uchycení svodů se stěny mohou dotýkat) Jako náhodné svody je možno použít: - kovové instalace pokud: - je trvalé elektrické spojení mezi různými součástmi - jejich rozměry odpovídají minimálně uvedeným hodnotám normovaných svodů -
kovový nebo elektricky spojený železobetonový skelet budovy
- vzájemně spojené armování betonu - součásti fasády, profilové lišty a kovové spodní konstrukce fasády za předpokladu, že jejich rozměry odpovídají požadavkům kladeným na svody Zkušební spojka (svorka) Každý svod (kromě náhodných svodů) by měl být spojen s uzemňovací soustavou pomocí tzv. zkušební spojky (svorky). Umisťuje se ve výšce 1,8 až 2 m nad zemí u svodů na povrhu případně 0,6 m nad zemí (v krabici) u svodů pod povrchem. Svody musí být očíslovány a jedna část zkušební svorky musí být z nekorodujícího materiálu. Pro účely měření musí být možno spojku pomocí nářadí rozpojit. 3.3.1.4. Uzemňovací soustava Důležitá kritéria pro uzemňovací soustavu jsou rozměry a tvar. Úkolem uzemňovací soustavy je rozdělení bleskového proudu do země a zmenšení nebezpečných přepětí. Zemní odpor zemniče by měl být co nejnižší, pokud možno do 10 Ω Uzemňovací soustavy začínají za zkušební spojkou a jsou rozděleny na dva základní typy dle uspořádání zemničů:
- Uspořádání typu A - skládá se z vodorovného nebo svislého zemniče, který se instaluje vně chráněné stavby a který je spojen s každým svodem. Pokud je použit tento typ uzemnění, nesmí být celkový počet zemničů nižší než dva. Horní konec zemniče musí být minimálně 50 cm pod povrchem a musí být pokud možno co nejrovnoměrněji rozdělen, aby se v zemi snížily účinky elektrické vazby. - Uspořádání typu B - se sestává buď z obvodového zemniče vně chráněného objektu, jenž má minimálně 80% své celkové délky v zemině (ukládá se přednostně do hloubky minimálně 0,5 m v zemi a ve vzdálenosti asi 1 m od vnějších zdí objektu) nebo ze základového zemniče (umisťuje se přímo do betonového základu a může být i mřížový). Tyto zemniče se doporučují pro skalnaté podloží, pro stavby s větším množstvím elektronických systémů nebo s vysokým nebezpečím požáru. Vedení od zkušební svorky k zemniči (tzv. zemnící vedení) má být bez spojů. Spoje mezi zemnícím vedením a zemniči (popřípadě mezi částmi zemniče) musí být vždy chráněny proti korozi. Každý zemnič se musí ukládat tak, aby bylo možno provést během montáže jeho revizi. Hloubka uložení a typ zemniče se musí volit tak, aby se minimalizovaly vlivy koroze, vysušování a zamrzání půdy a dohodnutý zemní odpor zemniče zůstal stálý. Jako náhodné zemniče se mohou použít vzájemně spojená armování v základovém betonu nebo jiné vhodné podzemní konstrukce. 3.3.2. Vnitřní systém ochrany Vnitrní LPS musí zabránit nebezpečnému jiskření uvnitř chráněného objektu, která mohou být způsobena průchodem bleskového proudu nejen ve vnějším LPS, ale také v jiných vodivých částech objektu. Nebezpečným jiskřením mezi rozdílnými částmi muže být zabráněno: - ekvipotencionálním pospojováním (vyrovnáním potenciálu) - elektrickým odizolováním mezi částmi Vnitrní ochranu před bleskem tedy tvoří souhrn opatření ke snížení účinků elektromagnetických impulzů způsobených bleskovým proudem (LEMP) uvnitř chráněného objektu, resp. zařízení. Mezi tato opatření vnitřní ochrany patří vyrovnání potenciálu, odstínění budov, místností a prostorů, odstranění nebezpečných přiblížení a souběhu a vyrovnání potenciálu, jehož nedílnou součástí je i účinná ochrana proti přepětí. Svodiče bleskových proudů a přepětí, připojují silová elektrická zařízení k ekvipotenciální přípojnici nepřímo pres jiskřiště a varistory a přepětí omezují. 3.3.2.1. Ekvipotencionální pospojování proti blesku (vyrovnání potenciálu) Vyrovnání potenciálu bleskových proudu bude dosaženo, budou-li do LPS zapojeny: - kovové konstrukce stavby - kovové instalace
- vnější vodivé části a vedení, která jsou připojena k objektu - elektrické a elektronické systémy uvnitř chráněného objektu Vzájemné spojení se může provádět buď vodiči pospojování (popř. náhodným pospojováním) nebo kde přímé pospojování není možné použijeme přepěťové ochranné zařízení (SPD).
Ekvipotenciální pospojování proti blesku pro kovové instalace - V případě oddáleného vnějšího LPS se musí ekvipotenciální vyrovnání proti blesku provádět jen na úrovni terénu. - Pro neoddálené LPS se musí ekvipotenciální pospojování proti blesku instalovat na následujících místech: - ve sklepech nebo přibližně v úrovni terénu.Vodiče pospojování se musí připojit k přípojnici pospojování, která je konstruována a instalována tak, aby byla lehce přístupná za účelem revize. Přípojnice pospojování se musí spojit s uzemňovací soustavou. U velkých budov (např. nad 20 m) se může instalovat více přípojnic pospojování, za předpokladu vzájemného spojení. - tam, kde požadavky na izolaci nejsou splněny. Ekvipotenciální pospojování se musí provádět pokud možno co nejkratším a nejpřímějším způsobem. Minimální rozměry vodičů spojujících různé přípojnice pospojování a vodičů spojujících přípojnice pospojování k uzemňovací soustavě pro všechny třídy LPS jsou: - měď 11 mm2 - hliník 22 mm2 - ocel 50 mm2. Minimální rozměry vodičů spojujících vnitřní kovové instalace k přípojnici pospojování pro všechny třídy LPS jsou:
5 mm2 8 mm2 16 mm2.
- měď - hliník - ocel
Ekvipotenciální pospojování proti blesku pro vnitřní systémy V případě, že jsou vodiče vnitřních systémů stíněny nebo uloženy v kovovém kanálu, považuje se za dostatečné, pokud se provede pospojování stínění nebo kanálů. Vodiče vnitřních systémů, které nejsou ani stíněny, ani uloženy v kovovém kanálu, se musí propojit přes SPD. Vodiče PE nebo PEN v sítích TN se musí k LPS připojit buď přímo, nebo přes SPD. 3.3.2.2. Elektrická izolace od hromosvodu Elektrické izolace mezi jímací soustavou nebo svody na jedné straně a chráněnými kovovými instalacemi rovněž i elektrickými zařízeními, signálními a telekomunikačními zařízeními uvnitř objektu na straně druhé muže být dosaženo dostatečné vzdálenosti d mezi těmito díly, která je vetší než dostatečná vzdálenost s danou vzorcem: s ki
kc l , kde ki je koeficient závislý na zvolené třídě LPS, kc je koeficient závislý na km
bleskovém proudu, který protéká svody, km je koeficient závislý na materiálu elektrické izolace a l je délka v metrech podél jímací soustavy nebo délka svodu od bodu, u kterého by měla být zajištěna dostatečná vzdálenost, až k nejbližšímu vyrovnání potenciálu Pro vedení nebo vnější vodivé části, které vedou do objektu, je vždy u vstupu do objektu nutno zajistit vyrovnání potenciálu bleskového proudu. Dostatečnou vzdálenost není nutno dodržet u objektu s kovovým nebo elektricky vzájemně propojeným ocelovým armováním. Hodnoty koeficientu ki:
Hodnoty koeficientu km
Třída LPS
ki
Materiál
km
I
0,08
vzduch
1
II
0,06
beton, cihla
0,5
III, IV
0,04
Hodnoty koeficientu kc Typ jímací soustavy
Počet svodů
samostatný jímač dráty nebo lana mřížová soustava
1 2 4 a více 4 a více spojeny vodorovným okružním vedením
mřížová soustava
kc Zemnič typu A
Zemnič typu B
1 0,66 0,44
1 0,5 (1) 0,25
0,44
0,5
3.4. Materiál pro hromosvody: Materiál a jeho rozměry se musí volit s ohledem na odolnost proti korozi nejen chráněné stavby, ale i LPS. Používá se pozinkovaná (pokadmiovaná) ocel, měď nebo legované hliníky, případně nerezová ocel, používají se lana, dráty, pásky, trubky nebo desky. Tvary a minimální průřezy vodičů jímací soustavy, jímacích tyčí a svodů jsou uvedeny v následující tabulce:
V následující tabulce jsou pak materiály, tvary a minimální rozměry zemničů:
3.5. Zlepšování zemního odporu zemniče Zemní odpor zemniče (odpor mezi zemí a zemním vedením) se zlepšuje přidáním počtu vodičů, vzájemným spojením zemničů, okružním vedením, obložením vodiče vodivou půdou (entomitem), prodloužením zemniče, apod.
3.6. Revize hromosvodů Účelem revize jsou zjištění zda LPS odpovídá projektu dle této normy, zda jsou všechny součásti LPS v dobrém technickém stavu, mohou plnit navrhované funkce a nejsou zkorodovány a zda všechny nově přidané inženýrské sítě nebo konstrukce jsou začleněny do stávajícího LPS. Revize se provádějí už během stavby, aby bylo možno zrevidovat uložený zemnič, poté po konečné instalaci LPS, dále periodicky, v intervalech stanovených s ohledem na vlastnosti chráněné stavby (korozní problémy nebo třída LPS), dále po změnách nebo opravách a nebo po úderu blesku. Během periodických revizí se důkladně kontroluje především koroze částí jímací soustavy, vodičů, spojů a zemničů (měří se přechodový odpor mezi jednotlivými částmi LPS - < 1 Ω), zjišťuje se hodnota odporu uzemňovací soustavy (< 10 Ω) a kontroluje se stav spojů na
ekvipotenciálním pospojování a uchycení. Pravidelné revize se provádějí dle následující tabulky: Třída LPS
Vizuální kontrola
Revize
I, II
1 rok
2 roky
III, IV
2 roky
4 roky
3.7. Ochrana proti přepětí Ochrana před přepětím je širší pojem než jen vnitřní ochrana před bleskem. Zahrnuje navíc i ochranu před přepětími jiného než atmosférického původu. Koncepce ochrany před spínacím přepětím (SEMP) vychází z návrhu vnitřní ochrany před bleskem a musí se kontrolovat, zda vyhovuje jejím požadavkům. Doporučuje se třístupňová ochrana rozvodu nízkého napětí v objektech, přičemž každý stupeň musí přepětí zmenšit na předepsanou hodnotu. Jednotlivé stupně SPD (přepěťových ochran) se instalují na rozhraní zón bleskové ochrany LPZ. Typ 1 (třída B) mezi zóny LPZ 0 a LPZ 1, typ 2 (třída C) mezi zóny LPZ 1 a LPZ 2 a typ 3 (třída D) mezi zónu LPZ 2 a konečné zařízení. 3.7.1. Typ 1 - hrubá ochrana (T1, 1. stupeň, třída B) Tuto ochranu zajišťují svodiče bleskových proudů, které zachytí největší díl prepěťové vlny a které jsou schopny bez poškození svádět bleskové proudy nebo jejich podstatné části. Svodiče bleskových proudů jsou konstruovány na bázi jiskřiště. Podle konstrukčního provedení je možno je rozdělit na tzv. „otevřená“ nebo „uzavřená“. Tvar elektrod, jejich materiál a vzduchová mezera mezi elektrodami určují ochrannou úroveň, svodovou schopnost a vlastnosti charakterizující chování jiskřiště při zhášení následných proudů. Otevřená jiskřiště vynikají velmi vysokými svodovými schopnostmi, až Iimp = 50 kA (Iimp = impulsní - bleskový proud je definován zkušebním proudem s tvarem vlny 10/350 μs. svodiče bleskového proudu ho musí bez vlastního poškození nejméně dvakrát spolehlivě odvést). Jejich základním nedostatkem je však vyšlehování žhavého plazmatu z pouzdra přepěťového ochranného zařízení, při jejich aktivaci bleskovým proudem. Tato skutečnost komplikuje významným způsobem projekční přípravu (konstrukci rozváděčů) vzhledem k požární bezpečnosti. Konstrukce uzavřených jiskřišť má tento nedostatek dostatečným způsobem vyřešen, ovšem za cenu snížení parametru samočinně zhášeného následného proudu. Instalují se především do hlavního rozváděče (instalaci svodičů bleskových proudů v elektroměrovém rozváděči musí schválit příslušné energetické společnosti). 3.7.2. Typ 2 – střední ochrana (T2, 2. stupeň, třída C) Tuto ochranu zajišťují svodiče přepětí konstruované na bázi varistoru, které bez poškození svádějí atmosférická přepětí nebo přepětí od spínacích pochodů v síti. Při odpovídajících
podmínkách mohou být instalovány bez předřazeného 1. stupně i do hlavního rozváděče. Varistory jsou prvky, jejichž hodnota elektrického odporu se prudce snižuje s přibývajícím napětím. Používají se především v ochranných obvodech proti přepětí, nebo jako krátkodobě vysoce zatížitelné odpory k absorpci energie v nejrůznějších oblastech elektrotechniky a elektroniky. Varistory se vyrábějí hlavně slinutím karbidu křemičitého za použití různých pojiv, nebo oxidu zinečnatého s přidáním různých oxidů kovů. Čelní strany varistorů se pokovují a opatřují drátovými nebo páskovými přívody. Elektrické hodnoty jsou dány především použitými materiály a jejich zrnitostí a rozměry tělesa. Moderní technologické postupy, používané v současné době k jejich výrobě, umožňují vyrábět přepěťové ochranné zařízení s použitím varistorů až do svodových schopností Iimp = 20 kA. Nespornými přednostmi je především jejich nízká cena, kratší odezva a průběh jejich V-A charakteristiky. Ve většině případů se instalují za svodiče bleskových proudu, které sníží přepětí a omezí energii přepěťové vlny. Instalují se tedy nejčastěji do podružného rozváděče. 3.7.3. Typ 3 – jemná ochrana (T3, 3. stupeň, třída D) Aby byla zajištěna skutečně spolehlivá ochrana, je potřeba, aby předchozí typy 1 a 2 doplnil poslední stupeň - typ 3. Základním prvkem jemné ochrany jsou varistory a supresorové diody. Supresorové diody jsou rychlé Zenerovy diody s extrémně vysokou strmostí pracovní V-A charakteristiky. Vynikají rychlou odezvou na příchozí přepěťový impuls, který trvá řádově ns. Tato ochrana se doporučuje instalovat těsně před chráněné spotřebiče bez dlouhého elektrického vedení od ochrany ke spotřebiči. V případě, že by za posledním stupněm bylo dlouhé vedení ke spotřebiči, mohlo by se ve vodičích zvýšit napětí (např. indukcí) nad přijatelnou úroveň. Je-li délka vedení mezi typy T2 a T3 menší než 5 metrů, není nutno typ T3 použít. Ochranu dostatečně zajistí svodič přepětí typu T2. Pro méně náročné aplikace se používá jednoduchá přepěťová ochrana vestavěná do zásuvky, prodlužovacího přívodu, elektroinstalačních krabic nebo elektrokanálu. Pro náročnější aplikace je tato přepěťová ochrana doplněna o vysokofrekvenční filtr. Tato kombinovaná ochrana je umístěna do zásuvkových adaptéru. Tyto ochrany mají velice rychlou odezvu (řádově v ns), potlačují vf rušení v pásmu 150 kHz až 30 MHz a jsou schopny svádět pulsní proudy až 10 kA. Ochrana kombinovaná s vysokofrekvenčním odrušením se doporučuje k zařízení s řídícím procesorem a pamětí (napěťovým pulzem nebo při pulzem způsobeném restartu zařízení nebo vysokofrekvenčním rušením může dojít k nevratným ztrátám). Jedná se především o počítače pracující v reálném čase (řízení výroby, chod bank), ústředny MaR, EZS, EPS, diagnostické a měřící přístroje, analytické přístroje ve zdravotnictví apod. Při použití zásuvek s vestavenou přepěťovou ochranou (typ 3) - tzv.chráněné zásuvky můžeme použít několik způsobů zapojení: - základní způsob - nejčastějším použitím chráněných zásuvek je jejich instalace ke každému zařízení, které chceme ochránit proti přepětí.
- instalace zásuvek do hnízd - v případech, kdy jsou vedle sebe instalovány tři a více dvojzásuvek, použijeme chráněné zásuvky do krajních pozic. U skupiny na konci zásuvkového obvodu instalujeme zásuvku pouze ze strany přívodu. Zásuvky mezi chráněnými zásuvkami lze pak také považovat za chráněné.
- ochrana zásuvkových okruhů - v případech, kdy vedení zásuvkového obvodu není taženo tzv. nebezpečnými místy (viz dále) je možno cca 3 až 5 metrů délky vedení zásuvkového obvodu za chráněnou zásuvkou považovat za chráněné.
Ve druhém a třetím způsobu jsou zásuvky chráněné před přepětím indukovaným na vedení i před přepětím přivedeným po vedení z rozváděče, nejsou však chráněny před spínacím přepětím od spotřebičů zapojených v sousedních zásuvkách bez ochranného modulu. Dokonalou ochranu proti přepětí zajišťuje proto pouze zapojení dle základního způsobu. Mezi nejčastěji používané kombinované ochrany (typ 3 a vf filtr) jsou zásuvkové adaptéry určené pro připojení televizí napojených z anténních svodů nebo satelitních rozvodů a počítačů napojených na analogovou telefonní, ISDN (Integrated Services Digital Network) linku nebo ethernetový rozvod domu.
Za nebezpečná místa považujeme taková místa, kde je zvýšené nebezpečí vzniku indukovaného přepětí, což jsou zejména místa v blízkosti: - hromosvodů - okapů, nebo jiných vertikálních kovových prvků (voda, plyn, armatury apod.) - vertikálních vedení, tzv. stoupaček - nechráněných kabelů a vedení nn - kabelů a vedení vn
