Bezpečnostní předpisy III
Miroslav Paul
2003
V1b
KAPITOLA VI.
OCHRANA PROTI PŘEPĚTÍ
Ochrana proti přepětí - základní pojmy Napětí: pracovní napětí: nejvyšší efektivní hodnota střídavého nebo stejnosměrného napětí, které se mùže vyskytnout, když je zařízení napájeno jmenovitým napětím. periodické špičkové napětí: největší špičková hodnota periodických odchylek napěťové vlny vznikající zkreslením střídavého napětí nebo ze střídavé složky superponované na stejnosměrné napětí podélné napětí: napětí mezi jednotlivými žílami a kovovým stíněním kabelu, resp. uzemněním. Podélné napětí namáhá tedy izolaci mezi vstupními svorkami a uzemněným pláštěm, resp. zemí. příčné napětí: příčné napětí je napětí mezi dvěma vodiči jednoho elektrického obvodu v okamžiku jeho zatížení. Přepětí: Pulsním přepětím označujeme jakékoliv přechodové napětí trvající maximální jednotky ms , jehož amplituda překročí maximální hodnotu pracovního napětí. příčné přepětí: přepětí mezi pracovními vodiči (L-N u napájení nn, a-b u telekomunikací–) podélné přepětí: přepětí mezi pracovním vodičem a zemí (L-PE, N- PE u nn, a-PE, b-PE u telekomunikací–) přepětí: jakékoli napětí, které má špičkovou hodnotu přesahující odpovídající špičkovou hodnotu největšího ustáleného napětí při normálních provozních podmínkách :
Základní pojmy Přepěťová ochrana : ochrana před přepětím (přepěťová ochrana), svodič - zařízení, které zamezuje nebo omezuje vznik přepětí, nebo vzniklé přepětí a jeho účinky omezuje svodič - přístroj, který má vzniklé přepětí omezit na míru bezpečnou pro chráněné zařízení (napø. bleskojistka, omezovač přepětí) svodiče přepětí třídy B: svodiče schopné svou zvláštní konstrukcí svádět při přímých úderech blesku bleskové proudy svodiče přepětí třídy C: svodiče schopné svádět přepětí vzniklá blízkými příp.vzdálenými údery blesku nebo spínacími pochody svodiče přepětí třídy D: svodiče sloužící k ochraně jednotlivých spotřebičů nebo skupin spotřebičů před přepětím a určené k instalaci k zásuvkám ochranná hladina: nejvyšší okamžitá hodnota napětí, které se ještě mùže vyskytnout na svorkách svodičů při jejich funkci za stanovených podmínek přenosová frekvence: přenosová frekvence udává frekvenci, při které je vstupní útlum použitého prostředku < 3 dB odpojovací zařízení: zařízení, které slouží v případě přetížení svodiče k jeho odpojení od sítě, aby se zabránilo požáru a zároveň byla signalizována porucha impulsní proud svodiče: proud, který protéká svodičem po jeho zapálení zbytkové napětí svodiče: zbytkové napětí je vrcholová hodnota napětí, které zůstává na svorkách svodiče v okamžiku průchodu maxima jmenovitého impulsního proudu
Základní pojmy reakční doba: doba mezi okamžikem vzniku přepětí a okamžikem, kdy zareaguje svodič přepětí. Závisí na strmosti nárůstu napětí a impedanci připojeného vedení zkratová pevnost: zkratová pevnost je parametr vypovídající o schopnosti zařízení zvládat termické a dynamické účinky očekávaného zkratového proudu, aniž by došlo k omezení jeho funkčnosti ochranná úroveň: hodnota ochranné úrovně je určená vyšší hodnotou buď 100%-impulsního zapalovacího napětí nebo zbytkového napětí při jmenovitém impulsním proudu svodiče. Měřena je na chráněné straně, tj.na vstupních svorkách chráněného zařízení rozsah provozních teplot: rozsah provozních teplot udává, v jakém rozsahu teplot je zaručena bezchybná funkčnost přepěťové ochrany zkušební bleskový proud: zkušební bleskový proud je definován zkušebním proudem s tvarem vlny 10/350 µs. Svodiče bleskového proudu ho musí bez vlastního poškození nejméně dvakrát spolehlivě odvést vložený útlum: vložený útlum je útlum vzniklý připojením svodiče do vedení mezní impulsní proud svodiče: mezní impulsní proud svodiče je impulsní proud tvaru 8/20 µs, při kterém je odpojovací zařízení právě namáháno, ale při kterém ještě nedochází k mechanickému poškození svodiče. Tento proud musí být svodič schopen dvakrát svést, přičemž odpojovací zařízení smí zareagovat až při druhém impulsu jmenovitý impulsní proud svodiče: jmenovitý impulsní proud svodiče je impulsní proud tvaru 8/20 µs, na který je svodič dimenzován výrobcem. Svodič musí impulsní proud minimálně 10-krát svést, aniž by došlo k podstatným změnám jeho jmenovitých parametrù
Ochrana před přepětím Přepětí má vysokofrekvenční charakter a proniká do systémù: - napájecím vedením nn, přes napájecí transformátory a obvody zařízení, - přes řídící, měřicí, datové a telekomunikační vedení a linky čidel, zejména jsou-li umístěny vně budovy nebo na potrubí, kolejišti a pod., - z hromosvodní soustavy a z uzemňovací soustavy přes obvody zařízení do vedení opouštějícími budovu. - přímým úderem blesku
Ochrana před přepěťovými pulsy Hlavní zásady řešení ochrany před pulsním přepětím Vnější ochrana před bleskem - hromosvodní soustava. Pokud je ochrana před přímým úderem blesku zajištěna, zařízení je nutné chránit před:: - napětími vstupujícími do objektu elektrickou instalací popř. konstrukcí, - napětím indukovaným v instalaci a jejím okolí na vedeních i na velkých vodivých předmětech. Před napětími vstupujícími do objektu s elektrickou instalací se zařízení chrání tím, že se veškerá vedení a konstrukce vstupující do budovy ( hromosvodní soustava, ochranné uzemnění (PE), vodovod, kovové obaly kabelù, topení ) pospojují a uzemní. Pracovní vodiče a vodiče sdělovacích vedení, které není možné přímo uzemnit se uzemní přes svodiče bleskového proudu a svodiče přepětí. Před napětími indukovaným v instalaci a jejím okolí se zařízení chrání tím, že se i uvnitř objektu, obdobně jako při vstupu vedení do objektu: - neživé a cizí vodivé části včetně ochranných vodičů (vyjma vodičů neuzemněného pospojování) pospojují a spojí se s uzemněním objektu (účelné je, aby veškerá vedení vstupovala do objektu v jednom místě a v tomto místě, aby byla vzájemně spojena), - pracovní vodiče a vodiče sdělovacích vedení se uzemní přes svodiče přepětí,
Vznik přepětí Přepětí může vznikat: - při zapínání a vypínání velkých, zejména induktivních zátěží ( transformátory, velké motory, indukční ohřevy), - při zkratech v rozvodné síti apod. - v datových kabelech indukce (přeslech) při souběhu se silovými kabely ( zejména pokud v silových rozvodech dochází k častému spínání energetických spotřebičů). Amplitudy přepětí: - u přímého úderu blesku dosahují až MV, - u nepřímých úderů stovky kV. - u spínání v síti nn vznikají běžně přepětí o amplitudě od desítek až do několika tisíc voltù, to ( velké motory, induktivní ohřevy, malé spotřebiče: zářivky, kopírky, mrazáky, vysavače …) - při elektrostatickém výboji dosahuje přepětí až několik desítek tisíc voltù, ale naštěstí výboj nese relativně malou energii. Důležitým údajem charakterizujícím přepětí je jeho časový průběh.
Odolnost proti přepětí Při zkouškách svodičů přepěťových ochran jsou používány dva typy proudových vln: 1) proudová vlna 10/350 µs - je používána jako simulace bleskového proudu (tzv. zkouška bleskovým proudem) 2) proudová vlna 8/20 µs je používána jako simulace nepřímých účinků blesku a spínacích přepětí První údaj u charakteristiky proudové vlny znamená dobu od počátku do dosažení maximální amplitudy, druhý údaj určuje dobu od počátku přes dosažení amplitudy až do následného poklesu amplitudy na polovinu maximální hodnoty. Při zkoušce vlnou 10/350 musí svodič svést až 20x větší náboj, než při zkoušce vlnou 8/20 o stejné amplitudě. ⇒ rozdílná konstrukce svodičů bleskových proudù (zkoušených vlnou 10/350) a svodičů přepětí (zkoušených vlnou 8/20).Různá odolnost proti přepětí u elektrických a elektronických zařízení. Zařízení obsahující mikroelektroniku mají mez odolnosti pouze na úrovni desítek nebo jednotek voltù. Dva způsoby ochrany: - při příchodu přepětí zařízení odpojit, - při příchodu přepětí vstup zkratovat. V praxi se používá druhý způsob, který je technicky jednodušší a nezpůsobuje přerušení provozu chráněného zařízení. Princip ochrany proti přepětí vychází z koncepce pospojování na stejný potenciál: - neživé části pospojujeme přímo, - živé části (pracovní napájecí a datové vodiče ) pospojujeme přes svodiče do jednoho bodu
Proudový ráz
Způsoby snižování přepětí:
Vhodnou konstrukcí rozvodů a elektrického zařízení neboť napětí indukovaná na vedeních uvnitř objektu se sníží, popř. se jejich vzniku úplně zabrání tím, že se dbá na to, aby tato vedení netvořila smyčky velké plochy (čím větší plocha smyčky, tím větší touto smyčkou v případě výboje bleskového proudu prochází elektromagnetický tok související s tímto proudem a tím větší se na vodičích uzavírajících tuto smyčku indukuje napětí). Přímý vodič, kterým prochází proud vytvoří magnetické pole: H = I/2.π.r
⇒
B = µ.H
⇒
φ = B.S
u = dφ/dt
Použitím svodiče bleskového proudu a svodiče přepětí V současné době se k odvedení přepětí vzniklého v důsledku bleskového výboje nedá použít jednoho svodiče. Největší část napětí a proudu je svedena svodičem bleskového proudu, za kterým však dále pokračuje po vedení nižší přepětí, které musí být před vstupem vedení do zařízení opět omezeno. Tímto způsobem, aby byla zajištěna úplná ochrana před jakýmkoliv výbojem, se ochrany před přepětím řadí do stupňů. Např na jednotlivých stupních přepěťových ochran realizovaných : 1. stupeň jiskřiště 2. stupeň varistor 3. stupeň transil
Vlastnosti svodičů přepětí Výbojková bleskojistka je jiskřiště, ve kterém je prostor pro výboj vyplněn inertním plynem. Toto řešení odstraňuje nevýhody vzduchového nebo uhlíkového jiskřiště umístěním elektrod do hermeticky uzavřeného obalu, čímž je eliminován vliv okolního prostředí. Plynová náplň umožňuje lepší hoření oblouku a tím omezení následného přepětí vlivem jeho přerušení v okamžiku průchodu proudu nulou. Většinou se používá směs argonu a vodíku, který je plněn pod tlakem kolem 10 kPa. Bleskojistky se vyrábějí od statického zápalného napětí 75V až do 1500V, s impulsním proudem až desítky kA ve vlně 8/20. Nevýhodou je dlouhá doba zapálení – řádově 100ns a poměrně vysoké dynamické zápalné napětí od 600V do 2500V. Udržovací napětí oblouku je velmi nízké - řádově desítky V, tím je omezeno přímé použití bleskojistek v napájecích vedení nn. Plynové výbojkové bleskojistky se vyrábějí ve dvou modifikacích, se dvěma nebo třemi elektrodami, to podle toho, zda jsou určeny pro ochranu jedné či dvou žil.
Vlastnosti svodičů přepětí Varistor je napěťově závislý odpor s nelineární charakteristikou. Jde o polovodičovou součástku vyráběnou z kysličníkù kovù, většinou z oxidu zinku s přídavky vizmutu, kobaltu a dalších kovù. Je schopen svést energeticky bohatší puls než supresorová dioda při stejných rozměrech obou součástek. Odezva je kratší než u bleskojistek - asi 25 ns. Nevýhodou je, že při častém zatížení přepětím nebo působením dlouhotrvajícího přepětí nízké amplitudy se u varistorů mùže změnit V-A charakteristika a mùže dojít ke spontánnímu proražení varistoru. Varistory se proto musí opatřit vhodným předřazeným odpojovačem pro případ jejich přetížení. Varistory se používají zejména k ochraně silových zařízení a přístrojů. Supresorové diody jsou rychlé Zenerovy diody, zapojené protisměrně (back-to-back), které mají tu vlastnost, že při určitém závěrném napětí se závěrný proud rychle zvětší, takže voltampérová charakteristika těchto diod má v závěrném směru velmi strmý průběh. Pokud přepětí dosáhne průrazného napětí diody, ta se stane vodivou a svede přepěťový impuls do země. Této vlastnosti se využívá pro omezování přepětí v chráněných obvodech. Supresorové diody mají velmi rychlou odezvu (řádově ns) na příchozí přepěťovou vlnu a jejich V-A charakteristika se časem nemění jako u varistorů. Maximální impulsní proud je od 100A do několika kA.
Koncepce přepěťové ochrany U zonální koncepce je ochrana budována v zónách více méně totožných s členěním budov - hranici první zóny tvoří plášť budovy, - hranici druhé zóny zdi místnosti - hranici třetí zóny jednotlivé vstupy do zařízení. Nejrozšířenější způsob ochrany. Součástí a principem této koncepce je hlavní a doplňující pospojování.Na hranici zón 0 a 1 je nezbytné nasadit speciální jiskřištì zkoušené bleskovým proudem 10/350 µs. U komplexní ochrany klíčových zařízení není vytvářena ochrana pro celý systém: - chráněny jsou pouze jeho klíčové části, resp. jiné části, jejichž poškozením nebo poruchou by došlo k závažnému narušení činnosti celého systému, k velkým materiálním škodám, nebo k ohrožení života. Tato koncepce má určité výhody v nižších nákladech, je v ní však zabudované riziko, že dojde k opomenutí např. nestandardní situace, kdy poškozením zdánlivě bezvýznamného prvku dojde za určitých podmínek k totálnímu selhání systému, nebo k velkým materiálním škodám. V praxi dochází ke kombinaci obou způsobù.
Před napětími indukovaným v instalaci a jejím okolí se zařízení chrání tím, že se neživé a cizí vodivé části včetně ochranných vodičů pospojují a spojí se s uzemněním objektu
Přepětí - pospojení vstupujících vedení na vstupu do objektu, - vstup vedení do objektu v jednom místě
Hlavní pospojení a ochrana proti přepětí - pracovní vodiče a sdělovací vodiče se uzemní přes svodiče
Hlavní pospojení, doplňkové pospojení a ochrana proti přepětí
Úroveň ochrany před účinky blesku
Intenzita magnetického pole indukovaná bleskovým výbojem je tím nižší, čím dále je místo, ve kterém ji zjišťujeme, od povrchu budovy: - konstrukce budovy obsahuje kovové části (vyztužení, ocelové nosníky), které představují elektromagnetické stínění, - vzdáleností od zdroje intenzita magnetického pole H klesá. Z praktických důvodů se z hlediska ochrany před účinky blesku prostor člení na zóny bleskové ochrany.
Zóny ochrany
Z hlediska ochrany před přepětím se obecně předpokládá rozčlenění určitého prostoru, především se jedná o prostor vně a uvnitř nějakého objektu Evropská norma IEC 1321-1 definuje zóny bleskové ochrany ZBO (anglicky lightening protection zones - LPZ). z hlediska přímého a nepřímého účinku blesku: ZBO 0A - prostor, v němž jsou předměty vystaveny přímému úderu blesku, a tím jimi také může procházet plný proud blesku. V tomto prostoru se vyskytuje nijak nesnížené elektromagnetické pole bleskového výboje; ZBO 0B - prostor, v němž předměty nejsou vystaveny přímému úderu blesku, avšak v němž se vyskytuje plné nijak nesnížené elektromagnetické pole; ZBO 1 - prostor, v němž předměty nejsou vystaveny přímému úderu blesku a v němž proudy procházející v důsledku úderu blesku jsou ve srovnání se zónou 0B dále sníženy; Další zóny (ZBO 2 atd.) se uplatňují, pokud je třeba v určitém prostoru dále snížit elektromagnetické pole a procházející proudy. Hranice mezi zónami jsou tam, kde se mění (většinou výrazně) elektromagnetické vlastnosti prostoru. Změna je taková, že sousední zóny lze podle těchto vlastností kvalitativně odlišit. Místa, jimiž hranice prochází, na sebe vzájemně navazují, takže obecně tvoří plochu. Hranice se nachází obvykle tam, kde je provedeno souvislé elektromagnetické stínění. Hranicí mezi zónou 0 a 1 může být např. ocelová výztuž konstrukce budovy, nebo i plocha pod oky mřížového hromosvodu.
Zóny ochrany
Na rozhraní zón 0 a 1 jiskřišťový svodič, který kromě omezení přepětí zkrátí vlnu 10/350 µs na tvar 8/20 µs Na dalších rozhraních zón se podle citovaných norem mají použít svodiče přepětí zkoušené vlnou 8/20 µs, která je téměř 20-krát kratší než při zkoušce bleskovým proudem a nese 20-krát menší náboj.
DIN VDE 0675-6 člení přepěťové ochrany pro rozvody nn do 4 tříd A, B, C a D.
Svodiče třídy A jsou určené pro venkovní vedení.
Svodiče třídy B, C a D jsou určené postupně na rozhraní zón 0, 1, 2 a 3.( do vnitřních prostor)
Zóny ochrany, indukční smyčka – má být co nejmenší ( indukční zákon )
Zóny bleskové ochrany
.
kategorie přepětí
.
kategorie přepětí
Přibližně je možno uvažovat, že tam, kde je kategorie přepětí IV, tam je také ZBO 0, kde je kategorie přepětí III, tam je také ZBO 1, kategorii přepětí II může odpovídat ZBO 2 atd. Je to dáno tím, že zařízení musí být vybráno tak, aby jmenovité impulsní výdržné napětí nebylo nižší než impulsní výdržné napětí požadované pro příslušnou kategorii. Pro jmenovité napětí instalace 230/400 V se požadují tato impulsní výdržná napětí: - kategorie IV - 6 kV, - kategorie III - 4 kV, - kategorie II - 2,5 kV, - kategorie I - 1,5 kV. Kromě toho, že se na hranicích zón provádí pospojování, instalují se tam také svodiče přepětí. Protože přepětí má směrem k zónám označeným vyššími čísly sestupnou tendenci, jsou svodiče přepětí instalované pro ochranu vedení na hranicích jednotlivých zón rozdílného charakteru. Přepětí i proud, před kterými chrání, mají směrem do chráněného objektu sestupnou tendenci - viz obrázky. Kromě uvedených opatření je třeba zajistit, aby vedení byla kladena tak, aby se na nich a mezi nimi neindukovala příliš vysoká napětí. To se zajišťuje minimalizací indukčních smyček.
Zóny bleskové ochrany – umístění svodičů
.
Zóny bleskové ochrany
Třístupňová ochrana svodiči přepětí – parametry přepětí pro datové sítě
Třídy svodičů přepětí - třístupňová ochrana
Třístupňová ochrana – síť TN-C-S
Třístupňová ochrana-umístění v rozvaděčích
svodiče přepětí síť TN-S
síť TT
Třístupňová ochrana v síti TT
Přepěťová ochrana kamerového systému
Přepěťová ochrana v obvodech měření a regulace
Zapojení přepěťové ochrany: vstup - výstup
Zapojení přepěťových ochran na NC stroji
KAPITOLA VII. OCHRANA PŘED BLESKEM
Ochrana před bleskem Ochrana před bleskem zřizuje, aby: - zabránila obětem na životech a na zdraví - zabránila škodám na majetku - náklady na zřízení hromosvodu byly menší než vyčíslené škody, ke kterým by bez hromosvodu došlo. Jaké může blesk způsobovat škody? Přímý úder: - zabíjí lidi, zvířata, ničí majetek tím, že zapaluje hořlavé hmoty, - svými mechanickými účinky poškozuje budovy, - elektrické účinky poškozují vedení. Nepřímé účinky blesku: - krátkodobá vysoká napětí na vodivých částech - přepětí v elektrických vedeních. - přeskoky, které v důsledku toho vznikají, mohou způsobovat zapálení a požár. - zničení nebo vážné poškození elektrických zařízení proražením izolace. předpisy je stanoveno, na kterých stavbách a objektech se hromosvody zřizují.
Kde se hromosvod zřizuje Podle Vyhlášky č. 137/98 Sb. se hromosvod zřizuje na stavbách a zařízeních, kde by blesk mohl způsobit: a) ohrožení života nebo zdraví osob (například bytový dům, stavby pro shromažďování většího počtu osob, stavby pro obchod, zdravotnictví a školství, stavby veřejných ubytovacích zařízení) nebo i většího počtu zvířat, b) poruchu s rozsáhlými důsledky (např. elektrárny, plynárny, vodárny, budovy spojových zařízení, nádraží), c) výbuch (např. výrobny a sklady výbušných a hořlavých látek, kapalin a plynů), d) škody na kulturních , popř. i jiných hodnotách (např. obrazárny, knihovny, archivy, muzea, památkově chráněné budovy), e) přenesení požáru stavby na sousední stavby, které musí být podle předchozích bodů chráněny, f) ohrožení stavby, u které je zvýšené nebezpečí zásahu bleskem v důsledku jejího umístění na návrší nebo vyčnívá-li nad okolí (např. tovární komíny, věže, rozhledny).
Kde se hromosvod zřizuje podle ČSN 34 1390 se hromosvod zřizuje (pokud není v ochranném prostoru vyšších objektů s hromosvodem) na: 1. bytových domech, průmyslových budovách, administrativních budovách, nemocnicích, hotelech, obchodních domech, školách, divadlech, nádražích, kostelech apod. (důvodem je ohrožení osob); 2. elektrárnách, transformovnách, rozvodnách, plynárnách, vodárnách, nádražích a čekárnách, budovách pro spojová zařízení apod. (důvodem je nebezpečí poruchy, kterou by trpělo obyvatelstvo); 3. výrobních halách, silech, skladech, mlýnech, hromadných garážích, výrobnách a skladech výbušných a snadno zápalných látek, kapalin a plynů ( (z důvodu nebezpečí velkých škod); 4. zemědělských objektech, společných stájích, výkrmnách a pomocných hospodářských objektech (stodolách, sýpkách) (nebezpečí velkých škod); 5. obrazárnách, knihovnách, archívech, muzeích, historických budovách apod. (kulturní hodnoty); 6. objektech staveniště, kde se zdržují lidé nebo kde se skladují větší hodnoty (tj. na ubytovnách, jídelnách, kuchyních, administrativních budovách, skladech hořlavých hmot, zařizovacích předmětů a zařízení apod.); 7. objektech, na nichž by požár nebo poškození mohly ohrozit sousední objekty podle 1 až 6; 8. objektech se zvýšeným nebezpečím zásahu blesku (tj. na návrších a planinách, na stodolách, komínech, věžích rozhleden apod.); 9. výrobních nebo provozních nezastřešených zařízeních, kde by blesk mohl ohrozit život nebo zdraví lidí nebo způsobit vážné hospodářské škody (na jeřábech, nezastřešených technologických zařízeních, cementárnách apod.)
Ochrana před bleskem Účelem ochrany před přímým úderem blesku je snížení pravděpodobnosti úderu blesku do prostoru, který je třeba chránit. Technologicky je ochrana před přímým úderem blesku složena z: - jímačů, - svodů - zemničů Účelem jímačů je, aby blesk neudeřil do chráněného prostoru, ale do některého jímače Soustava jímačů, jinak též jímací zařízení, vytváří ochranný prostor, který se nachází pod jímači. Vnitřek ochranného prostoru je (s určitým stupněm spolehlivosti) chráněn před bleskem. Účelem svodů je, aby proud blesku zachycený jímači neohrozil chráněný prostor a k jímacím vedením připojují u jejich spodní části. Mají být pokud možno rovné (bez zbytečných oblouků) a mají být přirozeným pokračováním jímacího zařízení. Optimální je, jestliže vodiče jímacího vedení bez přerušení pokračují jako svody k zemničům, a to bez přerušení až ke zkušebním svorkám.
Druhy jímačů Tyčový hromosvod je tvořen jímacími tyčemi umístěnými v místech nejpravděpodobnějšího přímého zásahu bleskem. Jímacích tyčí se většinou užívá k ochraně jednotlivých předmětů, které vyčnívají nad střechu nebo své okolí. Příslušný objekt chráněný tyčovým hromosvodem by měl být pokud možno celý v jeho ochranném prostoru. Tyčový hromosvod obvykle doplňuje hřebenovou nebo mřížovou soustavu. Samostatně se používá pro ochranu vysokých štíhlých objektů nebo budov se stanovou či krátkou valbovou střechou. Stožárový hromosvod je tvořen jímačem umístěným na stožáru tak, aby dostatečně převyšoval chráněný objekt. Počet stožárových hromosvodů a jejich výška musí odpovídat velikosti a tvaru chráněného objektu tak, aby tento objekt byl v ochranném prostoru. Závěsový hromosvod tvoří lano zavěšené nad chráněným objektem ve směru jeho podélné osy. Přitom na každých 20 m rozpětí hromosvodu je nutno vést příčný závěs. U rozlehlejších objektů se používá hromosvod hvězdicový. Klecový hromosvod je tvořen mříží jímacích vedení zavěšenou nad chráněným objektem. Přitom rovnoběžná lana nesmějí být od sebe dále než 20 m. Stožárové, závěsové nebo klecové hromosvody mohou být použity jako oddálené hromosvody. Ty nesmějí být žádnou částí vodivě spojeny nebo dokonce připevněny k chráněnému objektu.
Jímací soustava Návrh jímací soustavy Při návrhu jímací soustavy se obecně postupuje metodou: a) ochranného úhlu, b) rozměrů ok mřížové soustavy. c) valící se koule (v ČR se zatím neuplatňuje), Ochranným úhlem tyčového (popř. stožárového) jímače je určen ochranný prostor tohoto jímače. Ten je uvnitř kuželu, v jehož vrcholu je vrchol tyčového (popř. stožárového) jímače a jehož vrcholový úhel je roven dvojnásobku ochranného úhlu jímače. Podle ČSN 34 1390 se vrcholový úhel bere obvykle 112°, takže ochranný úhel je roven 56°. Oka mřížové soustavy vytvářené na plochých střechách se provádějí tak, aby žádný bod střechy nebyl od nejbližšího jímacího vedení vzdálen více než 10 m. Přitom maximální rozměr ok může být nejvýše 20 × 60 m. (U zesílených hromosvodů, např. v objektech s nebezpečím požáru nebo výbuchu, se volí rozměry ok menší - nejvýše 10 × 15 m.) Krajní vodiče mříže sledují vnější obrys střechy. Hřebenová soustava je určitou obdobou mřížové soustavy. Je tvořena jímacím vedením na hřebenu střechy. Toto vedení se v případě potřeby doplní dalším vedením nebo dalšími vedeními tak, aby žádný bod střechy nebyl od jímacího vedení dál než 10 m (měřeno v průmětu střechy do půdorysu). Další doplňující vedení má být především u okrajů střechy, popř. na šikmých hřebenech.
Ochranný prostor jímače
Hřebenové jímací vedení
Mřížová soustava
Blesk a jeho parametry
Blesk - velkolepý přírodní jev Záblesk způsobený elektrickým výbojem: - mezi mraky - mezi mrakem a zemí doprovázený zvukovým efektem – hromem, zvukovou rázovou vlnou a dalšími účinky. Největší škody způsobují a lidi zabíjejí blesky mezi mrakem a zemí. Těsně předtím, než dojde k výboji, nahromadí se jak v mraku, tak v zemi velký elektrický náboj. Proto před úderem blesku jsou patrné projevy intenzivního elektrického pole, které v důsledku toho vzniká. Za tmy a šera je možno pozorovat tzv.Eliášův oheň.
Blesky samotné je možno rozdělit do čtyř skupin podle obrázku Na rovinách a při nízkých budovách se vyskytují blesky typu a) a b), na velmi vysokých objektech nebo na vysokých kopcích typy c) a d). Pro praktické řešení ochrany normálních budov a objektů vychází mezinárodní normy z typů a) a b). Nejběžnější je typ a).
Blesk a jeho parametry a) negativní blesk mrak - země
b) pozitivní blesk mrak – země
c) pozitivní blesk země – mrak
d) negativní blesk země – mrak
Průměrný blesk má energii přibližně 250 kWh = 900 MJ ( cca 20 l benzínu či nafty)
Výboj záporného náboje z mraku do země. Ze záporného centra náboje ve spodní části mraku se ve spodní části mraku při napětí mezi mrakem a zemí řádově stovky milionů voltů posouvá směrem k zemi válcovitá "hadice" naplněná nábojem o průměru až několika desítek metrů, v jejímž nitru je plazmové jádro o průměru asi 1 cm. Tento vůdčí výboj postupuje rychlostí asi 300 km/s, a to trhaně vždy po několika desítkách metrů, s pauzami několika desítek mikrosekund. Jakmile se výboj přiblíží k zemi na vzdálenost několika desítek až stovek metrů, zvýší se na konci větví ve vrcholech blízkých stromů a na hřebenech a špičkách kovových střech intenzita pole natolik, že je překročena elektrická pevnost vzduchu ( EP = 3 kV/mm –suchý vzduch ) a vzhůru vyrazí vstřícný výboj, který se střetne se sestupujícím vůdčím výbojem. Tak se vytvoří dráha blesku a určí se i místo jeho úderu. Vstřícný výboj se určenou drahou řítí do mraků rychlostí asi jedné třetiny rychlosti světla, tj. 100 000 km/s. Až teprve tento jev vnímáme jako viditelný blesk. Kanál blesku se zahřívá na teplotu několika desítek tisíc stupňů Celsia a jeho průměr se zvětší až na několik centimetrů. Tlak vzduchu v bezprostřední blízkosti bleskového kanálu se zvýší až na stonásobek normálního atmosférického tlaku a tlakovou vlnu, která se odtud šíří, pak vnímáme jako zahřmění. Délky blesku mohou být značné. Vertikální blesk od mraku k zemi může být dlouhý 7 km, při horizontálních výbojích 8 až 16 km. Výboje v mracích přitom mohou dosahovat délky jen několika metrů. Během tzv. hlavního výboje protéká kanálem blesku krátkodobě vysoký proud intenzity od několika do několika stovek kA.
Výboj záporného náboje z mraku do země. Jedním kanálem blesku však často proběhne několik dílčích hlavních výbojů. Každý z nich přitom může vybíjet určité nabité oblasti v mraku. Mezi těmito hlavními výboji pak kanálem blesku protéká menší proud o intenzitě několika desítek nebo stovek ampér. Tento proud však zvyšuje celkovou energii bleskového proudu a tak přispívá k nebezpečí založení požáru. Celkově může při průchodu několika desítek dílčích výbojů jedním kanálem trvat blesk i déle než jednu sekundu.
Průběh bleskového proudu hlavního výboje
Průběh proudu při vícenásobném blesku
KAPITOLA VIII. ROZVODY V INFORMAČNÍ TECHNICE
Instalace rozvodů v informační technice Vlastní kabelové systémy informační technologie řeší Instalace rozvodů informační techniky řeší
ČSN EN 50173. ČSN EN 50174-1:01 (36 9071). ČSN EN 50174-2 (36 9071).
Zásady instalace: - přesně specifikovat umístění kabelového příslušenství, nosné konstrukce a jejich upevnění. - kabely se instalují mezi své koncové body. Koncové body jsou rozmístěny v budovách nebo jsou soustředěny v místech, odkud se provádí rozvod. V některých případech jsou koncové body sdruženy s aktivními nebo pasivními přenosovými zařízeními. Definované struktury kabelových rozvodů jsou patrné z obr. 1. - zachovat stínění v kabelových rozvodech i u zakončení kabelů - v kabelových prostorech je třeba pamatovat na dostatek místa pro doplňování systému.
Obr. 1 Systém kabelových rozvodů pro zařízení informační techniky
Provedení kabelových rozvodů informační techniky se řídí normou ČSN EN 50174-2:01 (36 9071)
Pro elektrické silové rozvody shoda s ČSN 33 2000-4-41 a ČSN 33 2000-5-54. V budovách s kabelovými rozvody informační techniky: - doporučuje sítě TN-S, popř. i TT a IT, - nedoporučuje sítě TN-C. - vodič PEN je možno připustit pouze od vstupu do budovy k domovnímu rozváděči. Oddělení vedení a obvodů V případě nelineární zátěže (zářivky, napájecí spínací zařízení apod.) může dojít k přetížení středního vodiče, a proto je třeba: - dbát na to, aby s ohledem na zajištění nízké impedance zdroje byly předimenzovány napájecí transformátory; - dbát na to, aby v elektrickém rozvodu byla oddělena vedení napájející elektrická zařízení působící rušení od zařízení citlivých na rušení, a to i s použitím různých napáječů nebo transformátorů (to platí pro motory, osvětlení, zařízení informační techniky apod.); - používat střední vodiče vyhovujícího průřezu, tj. alespoň stejného jako je průřez fázových vodičů, aby zvládly nevyvážené zatížení a třetí harmonické; - vyrovnat zatížení jednotlivých fází. napájení silových zařízení: - zapojení podle případu c) na obr. 2. - Trasy napájení od zdroje až k samotným zařízením jsou vzájemně odděleny pro zařízení jednak citlivá k rušení, jednak vyvolávající rušení,. - oba zdroje uzemněny v jednom společném bodě.
Zářivky a výbojky musejí být od kabelů IT alespoň 130 mm. Z hlediska elektromagnetické kompatibility se předepisují tyto požadavky (viz obr. 3): Mezi silovými kabely a kabely informační techniky (IT) v případě použití stíněných kabelů - se nevyžaduje oddělení, jestliže délka souběhu je menší než 35 m; - pro délku souběhu větší než 35 m platí vzdálenosti mezi kabely podle tab. 1 pro celou délku souběhu až na konečných 15 m přívodu k zásuvce.
Jestliže jsou kabely instalovány v elektromagnetickém prostředí, ve kterém požadavky na vyzařování a na odolnost překračují ty, které jsou definovány v souborech EN 50081 a EN 50082 (v prostorech obytných a lehkého průmyslu), zajišťují se pro oddělení vzdálenosti podle tab. 1 od začátku do konce vedení. V závislosti na skutečném elektromagnetickém prostředí může být třeba tyto vzdálenosti ještě zvětšit. Vzdálenosti uvedené v tab. 1 se uplatňují pro páteřní rozvody po celé jejich délce. Tab. 1 Oddělení silových kabelů a kabelů informační techniky
Vzdálenost mezi kabely
Druh instalace
Bez oddělovací přepážky Přepážka Přepážka nebo s nekovovou přepážkou z hliníku z oceli
Nestíněné silové kabely a nestíněné kabely IT
200 mm
100 mm
50 mm
Nestíněné silové kabely a stíněné kabely IT
50 mm
20 mm
5 mm
Stíněné silové kabely a nestíněné kabely IT
30 mm
10 mm
2 mm
Stíněné silové kabely a stíněné kabely IT
0 mm
0 mm
0 mm
Vzdálenost mezi kabely musí být vymezena upevňovacími body, zarážkami nebo jiným způsobem, jinak se o kabelech předpokládá, že jsou v dotyku. Pro kabely v lištách v jejich různých sousedících oddílech, považuje se za vzdálenost mezi kabely tloušťka oddělující přepážky. Pokud je mezi kabely ještě jiný oddíl, považuje se za vzdálenost mezi kabely vzdálenost mezi přepážkami oddílů (pokud vzdálenost není zvětšena tím, že se kabely v určité poloze upevní).
Odstínění kabelů
Pro uložení kabelů se využívá stínicích účinků kovových žlabů. Silové kabely a kabely IT musí být ukládány do samostatných, dostatečně hlubokých, kovových žlabů, pokud možno s neperforovanými stěnami. Do jednoho žlabu mohou být společně uloženy silové kabely spolu s kabely pomocných obvodů - silové kabely při jedné straně žlabu a kabely pomocných obvodů při druhé straně při dodržení určité vzdálenosti. Do jednoho žlabu je možno uložit kabely IT a kabely citlivých obvodů (pro měření nebo ovládání přístrojů) za předpokladu, že jsou odděleny kovovou přepážkou. Kovové kryty žlabů je třeba spojit alespoň na začátku a na konci se žlabu. Pro uložení kabelů je možno využít též kovových profilů U, L, ( konstrukce budovy). Kabely se ukládají do žlabů těchto profilů, které mají výborné stínicí účinky a jsou obvykle dobře uzemněné. Při použití nestíněných kabelů, doporučuje se pro zlepšení vlastností z hlediska EMC vést paralelně jeden zemnicí vodič připojený na obou koncích k místnímu systému uzemnění (pospojování, připojení ke kovovému krytu přístroje nebo zařízení).
Vliv stínění na útlum rušení
Požadavky na uzemňování a pospojování účelem uzemňování je: - bezpečnost: omezení dotykového napětí a vytvoření zpětné cesty poruchového proudu; - EMC: nulový vztažný potenciál a vyrovnání napětí, stínicí účinek. Do zemnicí soustavy nevyhnutelně tekou vyrovnávací proudy: - v důsledku zdroje rušení - zemní smyčky. - vlivem indukce ( při blesku ) se ve smyčkách indukují napětí a do zemnicí soustavy tekou proudy. Souvislost mezi zemnicí soustava v budově a vně budovy. Pokud proudy protékají zemnicí soustavou a ne elektronickými obvody, pak nemají žádné škodlivé účinky. Avšak jakmile zemnicí soustavy nejsou na stejném potenciálu, jestliže jsou propojeny např. do hvězdy, najdou si vysokofrekvenční vyrovnávací proudy vodivé cesty např. také po sdělovacích kabelech. Zařízení může být rušeno a dokonce může být i zničeno.
Pro dosažení co nejlepšího výsledku: - musí být zemnicí soustava propojena nejen v základech, ale i v patrech budovy ⇒ musí tvořit trojrozměrnou soustavu. Jedním z největších nebezpečí jsou velká magnetická pole indukovaná bleskovými proudy ve smyčkách uzemnění. Protože pole výboje blesku je v zásadě horizontální, indukuje největší napětí ve vertikálních smyčkách. - dvě patra nad sebou musí být propojena všemi vodivými spojeními, která procházejí mezi podlažími: . existující vodiče (kabelové žlaby, trubky apod.) . doplňující vodiče velkého průřezu. - doporučená velikost sítě je pro vertikální spojení asi 3 až 4 m, a to zvláště v budovách s vysokou koncentrací elektronických zařízení. - prakticky každý vodič může přispívat k vyrovnání potenciálu v zemnicí soustavě: - využití uzemňovacích přívodů, kovových trubek, instalačních trubek, kabelových konstrukcí a konstrukčních prvků budov, souvislého oplechování, překladů, nosníků, dveřních rámů apod. Tato propojení často významně zlepšují elektromagnetické vlastnosti soustavy a přispívají k bezpečnosti osob. - druh vodiče má z hlediska vyrovnání potenciálů malý význam. Ocelový vodič, který má stejný průřez a délku jako měděný, má sice větší činný odpor - rezistanci - než měděný vodič, ale vysokofrekvenční impedance obou vodičů je přitom stejná. - každé zařízení je připojeno k zemnicí přípojnici svým vlastním uzemňovacím přívodem. - ukázka na obr. 4.
obr. 4 Izolovaná síť pospojování (IBN) - propojení do hvězdy
Pokud jsou u propojených zařízení ochranné vodiče dlouhé, nebo jestliže jednotlivá zařízení jsou od sebe vzájemně poměrně vzdálena ⇒ vysoká společná impedance mezi zařízeními, velké zemní smyčky a špatné vyrovnání potenciálu, a to zvláště při vysokých kmitočtech - viz příklad vysoké společné impedance a velké smyčky ⇒ elektronická zařízení jsou na rušení citlivější.
Snížení vlivu rušení může zlepšit doplnění přídavného vodiče pospojování mezi zařízení viz. příklad malé společné impedance
Doplňující uspořádání pro zlepšení sítě pospojování propojené do hvězdy je znázorněno na následujícím obrázku..
Pospojování a zemnění v budovách vybavených zařízením informační techniky Uplatnění, použití a provedení společné soustavy pospojování a zemnění v budovách vybavených zařízením informační techniky se řídí normou ČSN EN 50310:01 (36 9072). Účelem pospojování je dosáhnout: a) bezpečnosti z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem; b) spolehlivosti přenosu signálu v celé instalaci zařízení informační techniky; c) uspokojivého chování instalace z hlediska elektromagnetických vlivů. Pospojování: - je třeba provést až na úroveň jednotlivých koncových zařízení - musí usnadnit: - instalaci zařízení IT v budově, práci s tímto zařízením a jeho údržbu; - spolupráci různých zařízení IT (propojených spoji z kovových vodičů). - podrobné technické podmínky pro zařízení IT a jeho instalaci je třeba dohodnout v rámci dodavatelsko odběratelských vztahů. Norma: - platí pro budovy se zařízením informační techniky nebo pro budovy určené k instalaci tohoto zařízení. - Neplatí pro budovy nebo prostory, v nichž může být drsné elektromagnetické prostředí, jako jsou objekty pro výrobu, přenos nebo přívod elektrické energie nad AC 1 000 V. - nestanoví specifické požadavky na telefonní ústředny a telekomunikační střediska.
Základní požadavky - zařízení IT - EN 60950 nebo EN 41003. - ochranných vodičů a vodičů pospojování - ČSN 33 2000-4-41 a ČSN 33 2000-5-54. - oddělení silových obvodů od rozvodů zařízení IT- EN 50174-2. - vodiče použité pro uzemňování a pospojování musí být schopny vést dostatečně velké proudy a musí mít nízkou impedanci, aby vyhověly bezpečnostním normám z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem. Přenos signálů - řádné provedení pospojování jak IT, tak elektrické rozvodné sítě - dobrý přenos signálů - přenos signálů pomocí zpětného vedení zemí je třeba vyloučit. Je-li však použit, musí být impedance uzemňovací sítě co nejmenší. - při komplexní instalaci (viz obr. 10) se požaduje, aby byl zaručen spolehlivý přenos signálů pomocí soustavy referenčních potenciálových rovin (SRPP) určených alespoň pro funkční jednotku nebo systémový blok (což je funkční skupina zařízení závislých při své činnosti a provozu na svém připojení ke stejné referenční potenciálové rovině příslušející k propojené síti pospojování). - aby se vyloučilo nepřiměřené funkční zkreslení nebo nebezpečí poruch součástek, musí SRPP zajišťovat dostatečně nízkou impedanci až k nejvyšším uvažovaným frekvencím v návrhu zařízení použitím kovové desky nebo sítě. ( např. mříž pospojování ). - kmitočtový rozsah, který musí SRPP pokrýt, musí zahrnovat i spektrum kmitočtů vznikajících při spínání, zkratech a atmosférických výbojích. Přenos signálů k SRPP nevyvolává nutně jejich vracení přes SRPP.
EMC - požadavky na instalaci: - napájení zařízení IT ze sítě TN-S. - při komplexní instalaci zařízení IT jsou požadavky na provedení SRPP (rovinné sítě referenčního potenciálu): - dostatečně nízká impedanci pro účinné připojení filtrů, skříní a stínění kabelů. - vyloučení nežádoucímu vyzařování nebo přijímání elektromagnetické energie, což vyžaduje stejné vlastnosti SRPP, jaké jsou nutné pro přenos signálů. - ochrana před následky elektrostatických výbojů.
Požadavky na síť pospojování Jak je pospojování uspořádané? Pospojování může být vztaženo: - k úrovni budovy (tj. společná síť pospojování), - k úrovni instalace (tj. propojení společné sítě pospojování a propojené sítě pospojování) - na úrovni zařízení (propojená síť pospojování). Společná síť pospojování na úrovni budovy - základní společná sít pospojování (je to např. uzemňovací přípojnice nebo svorka, ochranný vodič, kovová potrubí, ocelová konstrukce, výztužné tyče). - základní pospojování se může vylepšit doplňujícími vodivými částmi (např. vodiči k vyrovnání potenciálů, vodiči obvodového pospojování, kabelovými konstrukcemi – lávkami, rošty) v takovém rozsahu, aby síť pospojování měla dostatečně nízkou impedanci a dostatečně vysokou schopnost vedení proudu, aby byly splněny předchozí požadavky. Musí se použít i vodiče doplňujícího pospojování (podle ČSN 33 2000-5-54).
Příklad provedení jednoduché sítě pospojování pro zařízení IT Instalace v budově: - Každá budova musí být vybavena hlavní uzemňovací svorkou nebo přípojnicí (přípojnicí hlavního pospojování) umístěnou co nejblíže k místu vstupu silových kabelů a kabelů IT. - u složité a rozsáhlé sítě IT , se tato přípojnice rozšiřuje okružním vodičem podél vnitřního obvodu místnosti se zařízením IT nebo vnitřního obvodu budovy. Na tento vodič musí být připojena alespoň ta skupina přístrojů a zařízení, pro jejichž funkci je třeba spojení se stejnou referenční rovinou vyrovnání potenciálů. - pro snížení účinků přepěťových jevů (proudy a napětí), musí se stínění všech kabelů vstupujících do budovy spojit s hlavní uzemňovací svorkou nebo přípojnicí pomocí spoje o nízké impedanci (tzn. co nejkratšího spoje) (viz obr. 8 až 10).
Obr. 8 Příklad provedení jednoduché sítě společného pospojování (provedení koncového bodu sítě, např. ISDN) 1) Spojení s nízkou impedancí - má být co nejkratší. 2) Ochranný vodič (PE) veden v těsné blízkosti kabelu pro přenos informací (signálů). 3) Vodič funkčního uzemnění (FE), např. uzemňovací vodič kabelu pro přenos informací (signálu)- není nutný u zařízení používající ke zpětnému vedení signálu země. POZNÁMKA: Jestliže jsou koncový bod sítě a koncové zařízení umístěny v nevodivých krytech, vodič PE se ke krytu nepřipojuje.
vylepšená síť společného pospojování v budově
Rozšíření sítě IT v budově, např. síť IT rozšířená do různých podlaží propojená kovovými spojeními, může vyžadovat minimální síť společného pospojování, která umožňuje rozšíření na trojrozměrnou mřížovou konstrukci, která téměř vytváří Faradayovu klec. Náraz rušivé energie na exponovaném místě nebo potřeba zabezpečení informací mohou vést k provedení stíněné místnosti, jako maximálního požadavku na síť společného pospojování. Barva izolace uzemňovacího vodiče a vodičů pospojování - zelená/žlutá) Plocha vztažného potenciálu sítě musí vykazovat dostatečně malou impedanci a schopnost vést velké proudy, aby se splnily požadavky jak z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem, tak ochrany před rušením citlivých zařízení silovými vedeními i z hlediska EMC. Soustava pospojování musí propojovat zásuvky, skříňky, kabelové rošty, kanály, trubky, rozvodnice, stínicí pláště kabelů, a kde je to vhodné, i síť pospojování, aby se zajistila požadovaná nízká impedance soustavy pospojování. Veškeré kovové části soustavy pospojování musí vytvářet elektricky spojitý celek. Tím se však nevyžaduje další pospojování pomocí přídavných pásků. Vylepšení je však třeba zvážit při uplatnění rychlé montáže. Veškeré sítě pospojování zařízení informační techniky musí být spojeny se společnou soustavou pospojování. Sítě pospojování zařízení IT musí navazovat na společnou soustavu pospojování včetně hlavní uzemňovací přípojnice řadou spojů a rozšiřovat ji tak (viz obr. 8, 9, 10).
Hlediska pospojování a vedení kabelových tras uvnitř soustav pospojování a mezi nimi
Veškerá kabeláž zařízení IT, která vstupuje do místnosti se zařízením IT, by měla být vedena těsně u sebe. Kabely silové sítě a sdělovací kabely propojující sítě pospojování musí být vedeny těsně podél částí rozšířené sítě pospojování. Dodržení požadované vzdálenosti kabelů silové sítě a IT Tato vzdálenost se snižuje podle použitého stínění. Pláště kabelů musí být spojeny přímo se stojany, skříňkami nebo, kde se to vyžaduje, se sítí vyrovnání potenciálů, a to alespoň na jednom konci. Nejúčinnější je spojení po celém obvodu kabelu. Jestliže se nová zařízení připojují k zařízením instalovaným již dříve, obvykle se spojení plášťů kabelů vycházejících z nového zařízení se dříve instalovaným zařízením již neprovádí. Požaduje se však, aby se zajistilo nízkoimpedanční spojení vylepšením pospojování mezi místy, v nichž jsou zařízení instalována. Toho je možno dosáhnout tím, že se připojí alespoň pláště kabelů na obou koncích k přístrojovým rámům. Pláště kabelů nejsou z hlediska pospojování a uzemnění za účelem ochrany před úrazem elektrickým proudem dostatečně dimenzovány a mají příliš vysoký činný odpor, mohou, při svém mnohonásobném využití, vylepšit síť pospojování (viz kabelové rozvody pro zařízení IT).
Obr. 9 Příklad uspořádání společné sítě pospojování pro zařízení informační techniky v budově 1) Možno použít u zařízení se signalizaci stavu spojení se zemí. 2) Nízko-impedanční spojení – má být co nejkratší. 3) Hlavní uzemňovací přípojnice – může být v hlavním rozváděči. 4) FE – funkční uzemnění 5) CBN – síť společného pospojování 6) PE – ochranný vodič
Obr. 10 Příklad vylepšené sítě pospojování pro zařízení informační techniky v budově
CBN - síť společného pospojování LPS - ochrana před bleskem, připojení k pospojování 1) Uzemňovací vodiče (SE) pro sdělovací zařízení používané u zařízení se zpětným zemním vodičem. 2) Přepěťová ochrana - v hlavním rámu (pokud je třeba).
Požadavky na elektrickou rozvodnou síť Sekundární stejnosměrná napájecí (DC) síť
Vodiče L+ a L- musí být vedeny těsně u sebe. Každý zpětný vodič stejnosměrné sítě, který slouží pro zařízení informační techniky, musí být připojen ke společné síti pospojování alespoň na hlavní uzemňovací přípojnici a v jednom bodě sítě vyrovnání potenciálů pro zařízení informační techniky. Nejvyšší stejnosměrný úbytek napětí na zpětném vodiči stejnosměrné sítě musí být menší než 1 V. Při jeho výpočtu je nutno vzít v úvahu maximální zatěžovací proud připojeného napájecího vodiče při maximálním nebo minimálním napětí zdroje za normálních provozních podmínek. Tento úbytek napětí se podstatně zredukuje doplňující zpětnou cestou, kterou zajišťuje společné pospojování. Toto opatření má mimo jiné za účel vyhnout se elektrochemické korozi způsobované bludnými proudy. Pro dosažení malých úbytků napětí i při vysokých proudech ve vodičích L+ a Lstejnosměrné sítě, musí mít tyto vodiče dostatečný průřez. Tvoří přitom významnou část propojené sítě pospojování a vyrovnání potenciálů. Navíc, protože impedance mezi zařízeními připojenými k vodičům je nízká, omezuje ještě více impedanci mezi společným pospojováním a vyrovnáním potenciálů neuzemněný vodič L-. Zpětné stejnosměrné vedení musí být schopné v celé své délce vést nadproudy vzniklé v důsledku poruchy mezi záporným vodičem sekundární sítě a sítě pospojování. Svorka pro připojení zpětného vodiče stejnosměrného zdroje napájejícího síť informační techniky musí být u svého obslužného místa uzemněna připojením k hlavní uzemňovací přípojnici (viz obr. 10). Svorka sloužící k vyrovnání potenciálů musí být spojena se sítí pospojování.
Požadavky na elektrickou rozvodnou síť - Střídavá (AC) napájecí síť
Tyto sítě jsou popsány v ČSN 33 2000-3 a Síť v budově musí odpovídat požadavkům na sítě TN-S ⇒ nikde v celé budově nesmí býtl veden vodič PEN. ( možnost uváděná v ČSN 33 2000-5-54, že pro průřezy od 10 mm2 Cu nebo 16 mm2 Al výše je možno pro funkci středního a ochranného vodiče použít jediný vodič, zde nepřichází v úvahu ). Podle toho, jaká síť pro napájení budovy slouží, se musí aplikovat některý z těchto požadavků: a) napájení z distribuční sítě TN-S (velice řídký případ): s hlavní uzemňovací přípojnicí musí být spojen pouze ochranný vodič (PE); b) napájení z distribuční sítě TN-C (obvyklé): 1) s hlavní uzemňovací přípojnicí musí být spojen pouze vodič PEN; 2) od hlavní uzemňovací přípojnice dále do objektu a uvnitř objektu je střední vodič (N) živou částí a jako s takovou se s ním musí zacházet; 3) rozvod musí být vybaven samostatným ochranným vodičem; c) napájení z distribuční sítě TT (méně obvyklé) a IT (výjimečné): 1) ochranný vodič (PE) musí vycházet z hlavní uzemňovací přípojnice spojené s uzemňovací soustavou; 2) ochranný vodič musí být dimenzován tak, jako by byl veden v síti TN-S. V každé místnosti se zařízením informační techniky nebo s monitory na tato zařízení napojenými musí být přípojnice pospojování v rozvodnici napájející tato zařízení spojena přímo se společnou soustavou pospojování (viz obr. 10). Jestliže je tam nainstalován okružní vodič (volitelný), musí být rovněž spojen se sítí společného pospojování, a to alespoň v každém rohu místnosti.
Střídavá (AC) síť napájená z jiných zdrojů
Nulový bod (uzel) napájení této sítě (popř. její fázový vodič) musí být spojen se sítí pospojování pouze u zdroje. Samotná síť musí být provedena jako TN-S. Při použití různých zdrojů pro napájení zařízení informační techniky (např. aby se zajistilo napájení dlouhých kabelových vedení nebo nepřerušovaného napájení příslušenství), je nutno zajistit příslušná bezpečnostní opatření, aniž by se snížila úroveň přenosu signálů a ochrana před elektromagnetickým rušením. Přehled některých zkratek používaných v informačních rozvodech Zkratka
Původ zkratky
Český význam
bonding network
síť pospojování
BRC
bonding ring conductor
okružní vodič pospojování
CBN
common bonding network
společná síť pospojování
functional earthing conductor
vodič pracovního (funkčního) uzemnění
LPS
lightning protection system
systém ochrany před bleskem
SE
signal earthing conductor
uzemňovací vodič signálních vodičů
BN
FE
Č.
Distribuční napájecí síť
1
TN-S
2
TN-C
3
TN-C
3a)
TN-C
3b)
TN-C
4
TT
Síť vnitřní instalace
1)
TN-S
2)
TN-S
2) 2) 2)
2)
TN-C
Poznámky
1)
Z hlediska EMC nejlepší distribuční síť.
1)
Doporučuje se.
TN-C
2)
Z hlediska EMC se nedoporučuje.
TN-C
2)
Z hlediska EMC se nedoporučuje. 1)
TN-S
TT
Doporučuje se. Pokrývá požadavky EMC pouze pro vnitřní instalace informační techniky; nepokrývá požadavky EMC pro spojení zařízení informační techniky mezi budovami.
5
TT
Pro síť TN-S se musí použít transformátor 3) s oddělenými vinutími .
Z hlediska EMC v pořádku.
6
IT
IT
Tato síť – izolovaná od země je široce využívána v některých instalacích 230/400 V ve Francii s impedancí vůči zemi a v Norsku s omezovačem napětí bez rozvedeného středního vodiče s napětím 230 V mezi fázemi. Pokud se týká EMC, platí pro ni to, co bylo řečeno v řádce 4 pro sítě TT.
7
IT
Pro síť TN-S se musí použít transformátor 3) s oddělenými vinutími .
Z hlediska EMC v pořádku.
KAPITOLA VIII. ELEKTRICKÁ ZAŘÍZENÍ PRO ZPRACOVÁNÍ DAT
Elektrická zařízení pro zpracování dat
Při instalaci elektrických zařízení pro zpracování dat je nutno splnit dva základní požadavky: - na ochranu před úrazem elektrickým proudem, - na ochranu před šumy. Pro zajištění ochrany před úrazem elektrickým proudem je nutno splnit: - základní požadavky dle ČSN 33 2000 - doplňující požadavky pro zařízení s velkými unikajícími proudy (řádově miliampéry). Zařízení s velkými unikajícími proudy při normálním provozu: proudový chránič nemusí vybavovat pouze v důsledku trvalého unikajícího proudu, ale i následkem nabíjení kapacit kondenzátorů při zapnutí zařízení. Napájení zařízení s velkými unikajícími proudy se předpokládá obvykle ze sítě TN. Toto zařízení musí být upevněné a napájené buď z pevného přívodu nebo prostřednictvím zásuvkového spojení průmyslového provedení. U těchto zařízení je důležité kontrolovat spojitost ochranných vodičů nejen při výchozí revizi a změně instalace, ale také v rámci pravidelných revizí ve lhůtách alespoň podle čsn 33 1500. Jestliže unikající proud zařízení překračuje 10 mA, musí se použít některé z dalších opatření Je-li zařízení s velkými unikajícími proudy napájeno ze sítě TT nebo IT, musí splnit ještě další doplňující požadavky. Pro ochranu před šumy se provádí uzemnění s nízkým šumem. Jeho potřeba vyplývá z poznatku, že na některých zařízeních pro zpracování dat se mohou vyskytovat nepřípustné hladiny elektrického šumu, které jsou tam přivedeny ochrannými vodiči. V takových případech se musí s hlavní ochrannou svorkou instalace spojit nejen neživé části zařízení třídy ochrany I, ale i kovové kryty zařízení třídy ochrany II a III, i uzemnění obvodů FELV (pokud jsou tyto obvody z funkčních důvodů uzemněny). Vodiče, které slouží k uzemnění pouze z funkčních důvodů, nemusí splňovat požadavky na ochranné vodiče.
V extrémních případech, kdy nelze elektrický šum u hlavní svorky snížit na přijatelnou úroveň, se provádějí speciální opatření. Při nich, kromě požadavku na snížení šumu, musí instalace vyhovovat všem běžným podmínkám pro ochranu před nadproudy a před úrazem elektrickým proudem (vyrovnání potenciálů). Zároveň, pokud je to třeba, se musí dbát na opatření s ohledem na unikající proud. Elektrické zařízení pro zpracování dat umožňuje shromažďování, zpracování a ukládání dat. Příjem nebo poskytování dat může, ale nemusí být provedeno elektronickými prostředky. Vedle osobních počítačů sem patří i kopírovací stroje, faxovací přístroje, telefonní spojovací zařízení, automatické pobočkové telefonní ústředny, registrační i prodejní pokladny, stroje na úpravu papíru, mincovní přístroje a jiná obdobná zařízení. Některá z uvedených zařízení mají při svém normálním provozu velký unikající proud. Velikost unikajícího proudu, která nesmí být překročena, je určena třídou ochrany zařízení a také způsobem jeho použití: - zařízení třídy ochrany II mají maximální unikající proud 0,25 mA, - zařízení třídy ochrany I mají různé maximální unikající proudy podle toho, zda se jedná o - zařízení držená v ruce - jejich maximální unikající proud je 0,75 mA, - zařízení přemístitelná (jiná než držená v ruce), nepřenosná, ať už připojovaná zásuvkovým spojením průmyslovým, nebo neprůmyslovým - mají maximální unikající proud 3,5 mA, pokud nesplňují speciální podmínky. - Při splnění speciálních podmínek (z nichž je podstatné dodržení velkého průřezu vnitřního ochranného vodiče) může unikající proud dosahovat velikosti až 5 % vstupního proudu. (Tzn., že poměrně malé zařízení o výkonu např. 0,5 kW může mít unikající proud o velikosti až téměř 0,1 A.) Zařízení s velkým unikajícím proudem (až 5 % vstupního proudu) je buď trvale připojeno k napájení, nebo je připojeno vidlicí průmyslového provedení, a musí být v blízkosti přívodu vybaveno nápisem:Velký zpětný proud Před zapojením přívodu napájení připojit ochranný vodič
Opatření v instalacích zařízení pro zpracování dat v případě, kdy unikající proud je větší než 10 mA
Jestliže unikající proud zařízení překračuje 10 mA, musí se použít jedna z těchto možností pro připojení zařízení: zesílení ochranných vodičů, monitorování stavu, kdy je ochranný vodič přerušen, použití transformátoru s oddělenými vinutími. Pro zesílení ochranných vodičů je možno volit některý z těchto způsobů: jsou-li k zařízení použity samostatné ochranné vodiče, pak pokud je použit jeden ochranný vodič, nesmí mít průřez menší než 10 mm2, jsou-li použity dva vodiče, musí mít každý z nich průřez alespoň 4 mm2, jsou-li ochranné vodiče vedeny v mnohažilovém kabelu, nesmí být celkový součet průřezů všech vodičů, včetně ochranných vodičů, menší než 10 mm2, pokud je ochranný vodič veden v pevné nebo ohebné kovové trubce, s kterou je spojen paralelně, může být jeho průřez snížen až na 2,5 mm2, jako ochranné vodiče lze použít pevné a ohebné trubky, kovové úložné elektroinstalační kanály, pokud vyhovují z hlediska možných poruchových proudů, mechanických, chemických a elektrochemických vlivů a umožňují připojení dalších ochranných vodičů. Účelem monitorování stavu, kdy je ochranný vodič přerušen, je stálá kontrola trvalého ochranného spojení se zemí a zajištění odpojení v případě poruchy. Monitorování musí působit tak, aby v případě přerušení ochranného vodiče došlo k odpojení zařízení. Ochranný vodič musí vyhovovat podmínkám na něj kladeným.
Účelem použití transformátoru s oddělenými vinutími je omezit cestu unikajícího proudu a minimalizovat možnost přerušení spojitosti této cesty. Zařízení napájené z transformátoru s oddělenými vinutími nebo z jiného zařízení s oddělenými vstupními a výstupními obvody (jako např. z motorgenerátoru) má být napájeno ze sekundárního obvodu přednostně zapojeného jako síť TN. Pro zvláštní aplikace může být použito zapojení jako sítě IT.
První část obrázku 2 znázorňuje různé cesty unikajícího proudu v případě, kdy k napájení zařízení s velkými unikajícími proudy není použit transformátor, druhá část znázorňuje, jak je cesta unikajícího proudu omezena pouze k transformátoru.
Doplňující požadavky na napájení zařízení s velkým unikajícím proudem ze sítě TT a IT
Je-li zařízení napájeno ze sítě TT, musí se ještě kontrolovat velikost unikajícího proudu s ohledem na použití proudového chrániče v této síti (nepředpokládá se totiž, že by ochrana před dotykem neživých částí v síti TT mohla být zajišťována jiným způsobem) podle těchto podmínek: celkový unikající proud (I1) nesmí být větší, než je polovina jmenovitého vybavovacího rozdílového proudu chrániče (I∆n), tj. I1 < I∆n/2, protože průchod tohoto proudu (I∆n) uzemněním zařízení (RA) nesmí na tomto uzemnění vyvolat větší napětí, než je mez dovoleného dotykového napětí pro dané prostředí UL (tj. 50 V, popř. 25 V), tj. I1 < UL/2RA. Napájet zařízení s velkým unikajícím proudem přímo ze sítě IT se nedoporučuje, protože již při první poruše může být obtížné u rozsáhlejších zařízení splnit požadavky na velikost dotykového napětí. Přímo ze sítě IT se zařízení napájí jenom v případech, kdy je splněna podmínka, že proud (Id) při první poruše nevyvolá na odporu uzemnění (RA) napětí vyšší než dovolené dotykové UL : RA × Id < UL. Tehdy se všechny ochranné vodiče připojí k zemniči sítě. Rovněž je třeba se podle dokumentace k zařízení přesvědčit, že je pro připojení k síti IT vhodné. Jinak se ze sítě IT zařízení napájí přes transformátor s oddělenými vinutími tak, že ze sekundárního vinutí je napájena síť TN, která slouží k napájení zařízení.
