Ochrana pred účinkami atmo. elektriny
Ochrana pred účinkami atmosferickej elektriny
Sprievodné javy a parametre blesku
- Blesk vyvoláva rovnaké účinky ako prúd, ktorý prechádza vodičom alebo izolantom
Sprievodné javy sú spravidla:
- svetelné výboje
Dôležité parametre blesku:
- amplitúda
Bleskozvod sa zriaďuje na objektoch, kde by blesk mohol spôsobiť:
- ohrozenie života alebo zdravia osôb (bytové domy, administratívne budovy, nemocnice, hotely, kostoly, obchodné domy, divadlá, ...)
- dôležitosť objektu, ktorého poškodenie by malo za následok rozsiahle dôsledky (elektrárne, transformovne, rozvodne, plynárne, vodárne, objekty telekomunikácií
- hodnota objektu a jeho rozsahu (výrobné haly, sklady, mlyny, budovy s veľkou kultúrnou hodnotou, múzeá, ...
- objekty so zvýšeným ohrozením zásahu blesku v dôsledku ich umiestnenia vyčnevajúceho nad okolie. SR patrí z hľadiska výskytu búrok do oblasti so zvýšenou búrkovou činnosťou (20 až 30 dní búrok ročne) (pr. továrenské komíny, žeriavy, rozhľadne, veže, ...)
- objekty s nebezpečenstvom výbuchu (výrobne a sklady výbušných a horľavých látok, kvapalín a plynov)
Zhotovené - z plnej pozinkovanej oceľovej tyče, prípadne z oceľového profilu L alebo T.
Pomocné - z pozinkovaného drôtu o priemere 8 alebo 10 mm. Má vyčnievať aspoň 30 cm.
Osoby, ktoré pracujú vo vnútry budov (vo vozidlách), sú ohrozované výbojmi medzi vodivými predmetmi v dôsledku vzniku vysokých potenciálových rozdielov.
Výbojom bleskov sa principiálne nedá zabrániť. Údery bleskov do stavieb alebo v ich blízkosti sú veľmi nebezpečné nielen pre samotné stavby, ale aj pre ľudí, inštalácie a inžinierske siete. Preto je potrebné ich chrániť. Na ochranu pred bleskom a ostatnými škodlivými účinkami atmosférických výbojov (napr. indukcia, prepätia) slúži systém ochrany pred bleskom. Jeho základom je bleskozvod, ktorý vynašiel v roku 1754 český kňaz a vynálezca Prokop Diviš (1697−1765). Základnými predpismi, podľa ktorých sa u nás od roku 2007 projektuje a konštruuje ochrana pred bleskom, sú STN EN 62305-1 až 4. Platnosť pôvodných noriem STN 34 1390 a STN 13401391 končí 1. 2. 2009, pokiaľ nedôjde k ich revízii.
LPL (trieda LPS) I - nemocnice, banky, stanice mobilných operátorov, elektrárne, vodárne, plynárne,
Je určený na zachytávanie priamych úderov bleskov a zvedenie bleskových prúdov od bodu úderu do zeme. Systém je určený na rozvedenie bleskového prúdu v zemi bez toho, aby vznikli tepelné a mechanické škody alebo nebezpečné iskrenie, ktoré môže vyvolať požiar alebo explóziu.
V prípade, že tepelné a výbušné účinky v mieste úderu alebo vo zvodoch môžu spôsobiť škody na stavbe, použije sa vonkajší LPS izolovaný (oddialený) od chránenej stavby – je to systém ochrany, ktorý nie je v dotyku s chránenou stavbou.
Súčasti zachytávacej sústavy sa umiestňujú na stavbách podľa:
- metódy ochranného uhla, ktorá je vhodná na jednoduché tvary budov, ale je ohraničená výškou zachytávacej sústavy. Fyzikálna podstata ochranného uhla spočíva v tom, že blesk blížiaci sa k chránenej budove si „vyberá miesto úderu“ až na posledných 30 až 50 metroch.
Ochranný priestor zvislej zachytávacej tyče má tvar pravouhlého kužeľa s vrcholom V umiestneným v osi zachytávacej tyče.
h1 výška zachytávacej tyče nad rovinou ochranného priestoru,
h2 celková výška ochranného priestoru,
H výška objektu,
r, R1, R2 polomer ochranného priestoru,
α ochranný uhol, závislý od triedy LPS a od výšky zachytávacej sústavy.
Príklad závislosti uhla α na výške zachytávacej tyče nad rovinou ochranného priestoru je v tabulke. V tejto tabuľke je rozdelenie uvedené podľa príslušnosti k triede ochrany pred bleskom (LPS). Trieda LPS predstavuje priradenie stupnici hodnôt, v ktorej sa podľa pravdepodobnosti úderu blesku, podľa ekonomického významu stavby a podľa následkov možného výpadku určí kompromis medzi rizikom a požiadavkou na náklady na realizáciu sústavy ochrany pred bleskom. Účinnosť priradená triedam ochrany pred bleskom je I až IV.
V STN EN 62305-2 je uvedené, ako možno zistiť požadovanú triedu ochrany pred bleskom na základe výpočtu predpokladaného rizika a predpokladaných škôd a strát. V STN EN 62305-1 sú udané parametre bleskového prúdu, ktoré sa používajú pri dimenzovaní ochrany pred bleskom podľa zodpovedajúcej triedy ochrany pred bleskom.
- metódy valivej gule, ktorá je vhodná vo všetkých prípadoch. Návrh zachytávacej sústavy podľa metódy valivej gule je uvedený na obrázku. Použitie tejto metódy na umiestnenie zachytávacej sústavy je dostatočné, ak nie je žiadny bod chránenej stavby v dotyku s polomerom valivej gule r, ktorá sa valí okolo chránenej stavby všetkými možnými smermi. Guľa sa tak dotýka len zachytávacou sústavou a jej polomer je závislý od triedy LPS podľa tabuľky.
- metódy mrežovej sústavy, ktorá je vhodná na ochranu rovinných plôch. Rozmery ôk mreže sústavy nie sú väčšie ako hodnoty uvedené v tabuľke. Sieť zachytávacej sústavy je urobená tak, že prúd blesku môže tiecť vždy minimálne dvoma vodivými cestami do uzemňovacej sústavy. Žiadne kovové inštalácie nesmú vyčnievať mimo chráneného priestoru vytvoreného zachytávacou sústavou.
Sústava zvodov
Na vodiči (bleskozvode) vzniká pri údere blesku napätie
kde je:
R - odpor uzemnenia bleskozvodu,
L - indukčnosť bleskozvodnej sústavy,
- strmosť prúdu blesku.
Zo vzorca vyplýva, že vplyvom rázového charakteru blesku sa výrazne uplatňuje indukčnosť bleskozvodu. Zvody by preto mali byť priame, bez zbytočných oblúkov a zakrivení.
Zvody je nevyhnutné umiestniť tak, aby spájali miesto zásahu so zemou viacerými paralelnými cestami, ktorých dĺžka musí byť čo najkratšia. Pri izolovanom LPS sa na každú konštrukciu zachytávacej sústavy musí použiť jeden zvod. Pri neizolovanom LPS sa musia použiť minimálne 2 zvody. Zvody sa majú umiestniť pravidelne po obvode chránenej stavby. Typické hodnoty vzdialeností medzi zvodmi sú uvedené v tabulke. Ak je možné, jeden zvod sa má umiestniť na každý nechránený roh stavby.
Skúšobná svorka:
Na každom pripojení zvodu k uzemňovacej sústave sa musí umiestniť skúšobná svorka. Pre účely merania sa môže svorka otvoriť pomocou náradia, inak musí byť uzavretá.
Uzemňovacia sústava:
Uzemňovacia sústava umožňuje rozdelenie bleskového prúdu do zeme a tým zmenšenie nebezpečia prepätia. Podľa STN EN 62305-3 sa odporúča, aby odpor uzemňovacej sústavy, ak je to možné, bol menší než 10 Ω.
Pri uzemňovacej sústave sa rozlišujú dva základné typy usporiadania uzemňovačov:
- typ A, ktorého usporiadanie sa skladá z vodorovného alebo zvislého uzemňovača, inštalovaného mimo chránenej stavby a spojeného s každým zvodom.
Celkový počet uzemňovačov nesmie byť menší ako dva. Minimálna dĺžka uzemňovača je daná STN EN 62305-3. Uzemňovače sa musia uložiť minimálne v hĺbke 0,5 m pod povrchom a čo najrovnomernejšie rozložiť.
- typ B, ktorého usporiadanie sa skladá z obvodového vodiča okolo chránenej stavby a má minimálne 80 % dĺžky uloženej v zemi, alebo zo základového uzemňovača.
Uzemňovač môže byť aj mrežový. Obvodový uzemňovač sa má uložiť v zemi minimálne v hĺbke 0,5 m a vo vzdialenosti cca 1 m od vonkajšej steny objektu.
Náhodné uzemňovače:
Ako náhodný uzemňovač sa má prednostne použiť vzájomne spojené oceľové armovanie v základovom betóne. Prechodový odpor spojenia vrchného a spodného dielca oceľových prútov nemá byť väčší ako 0,2 Ω.
Vnútorný systém ochrany pred bleskom:
Vnútorný systém ochrany pred bleskom je určený na zabránenie nebezpečnému iskreniu vo vnútri stavieb spôsobenému prúdom blesku vo vonkajších LPS alebo v iných častiach stavby (kovové inštalácie, vnútorné systémy, vedenia pripojené k stavbe). Nebezpečnému iskreniu sa môže zabrániť ekvipotenciálnym pospájaním alebo elektrickou izoláciou medzi časťami.
Ekvipotenciálne pospájanie proti blesku:
Dosiahne sa vzájomným spojením kovových častí stavby, kovových konštrukcií, vnútorných systémov, vonkajších vodivých častí a inžinierskych sietí pripojených k stavbe.
Vzájomné pospájanie je realizovateľné:
- vodičom vyrovnania potenciálov, ak sa nedosiahne elektricky vodivé spojenie náhodným pospájaním.
Ekvipotenciálne pospájanie proti blesku pri kovových inštaláciách sa v prípade izolovaného vonkajšieho LPS musí urobiť len na úrovni terénu. Pri neizolovanom vonkajšom LPS sa ekvipotenciálne pospájanie urobí v suteréne alebo na úrovni terénu. Vodiče vyrovnania potenciálu sa pripoja k prípojnici vyrovnania potenciálu, ktorá môže byť centrálna alebo usporiadaná ako vnútorný obvodový vodič (obrázok) a je spojená s uzemňovacou sústavou.
- prepäťovými ochrannými zariadeniami (SPD), keď nie je možné urobiť priame pripojenie vodičov vyrovnania potenciálov.
Prepäťové ochrany musia byť koordinované, skúšané pre triedu I a úroveň ochrany Up musí byť nižšia ako je úroveň impulznej odolnosti medzi časťami.
Ak sú vodiče vnútorných systémov tienené alebo v kovových trubkách, stačí pospájať tienenie a trubky. Ak nie sú tienené, ani uložené v kovových trubkách, musia sa pospájať cez prepäťové ochrany. Vodiče PE alebo PEN sa musia pripojiť k prípojnici vyrovnania potenciálov priamo alebo cez prepäťové ochrany.
Všetky kovové potrubia kúrenia, plynu, vody, vodiče elektrických a telekomunikačných zariadení pripojených k stavbe sa musia pripojiť k prípojnici vyrovnania potenciálov priamo alebo cez prepäťové ochrany. Živé vodiče len cez prepäťové ochrany, vodiče PE alebo PEN sa musia pripojiť k prípojnici vyrovnania potenciálov priamo alebo cez prepäťové ochrany. Tienenia a úložné kovové trubky týchto vedení sa musia pospájať.
Druhy nebezpečných prepätí:
- Prepätia vyvolané atmosferickým výbojom - bleskom (LEMP) ohrozenie bezpečnosti elektrických a elektronických zariadení
- Prepätia vyvolané spínacími prvkami - spínacie prepätie (SEMP) nevyvoláva také vysoké napäťové špičky ako atmosferické výboje ale v praxi sa vyskytuje častejšie
Zóny ochrany pred bleskom
