Nový připravovaný soubor norem ČSN EN 62305 versus aktivní jímače ESE

Nový připravovaný soubor norem ČSN EN 62305 versus aktivní jímače ESE

Ing. Jiří Kutáč, zastoupení DEHN + SÖHNE

Úvod

Technická komise IEC/TC 81 začala počátkem 80. let minulého století vypracovávat technické normy v oblasti ochrany před bleskem a přepětím. Normy a předpisy vznikaly jen podle potřeby nebo nutnosti bez pevné organizační struktury. Uvedený systém tvoření norem byl pro uživatele velmi nepřehledný. Na základě těchto zkušeností se technická komise IEC/TC 81 rozhodla v září 2000 zavést novou organizační strukturu norem IEC 62305 Ochrana před bleskem.

Od března 2006 je v Evropské unii platný soubor evropských norem EN 62305 Ochrana před bleskem. Ten je identický s mezinárodními normami IEC 62305. V listopadu 2006 by měl vyjít jako soubor českých technickým norem ČSN EN 62305.

• projektování, instalaci, revizi a údržbu systémů ochrany objektů před bleskem (staveb, budov a konstrukcí bez ohledu na jejich výšku),

• dosažení ochranných opatření před zraněním osob nebo zvířat dotykovým nebo krokovým napětím.

Soubor norem ČSN EN 62305 obsahuje:

• Část 1 – Obecné principy
  Informuje o nebezpečí blesku, o parametrech blesku, o odvozených parametrech pro simulaci účinků blesku a o parametrech zkoušek pro simulaci účinků blesku.

• Část 2 – Řízení rizika
  Tato část je určena ke stanovení odhadu rizika ztrát pro objekty nebo inženýrské sítě způsobených bleskem mrak-zem. Účelem tohoto dílu norem je stanovit metody pro odhad rizika.

• Část 3 – Hmotné škody na stavbách a ohrožení života
  Uvedená část se zabývá návrhem vnější ochrany před bleskem LPS (hromosvodem). Systém ochrany před bleskem (LPS – Lightning Protection System) se skládá z vnější a vnitřní ochrany.

• Část 4 – Elektrické a elektronické systémy ve stavbách
  Obsahuje ochranná opatření k omezení selhání elektrických a elektronických systémů uvnitř staveb.

• Část 5 – Inženýrské sítě
  Zahrnuje sítě (metalické), které vstupují do staveb, zvláště elektrické a sdělovací vedení. V současné době se připravuje její schválení v IEC i v CENELEC. Po přijetí této části bude norma vydána jako ČSN.

Poznámka:
LPS – systém ochrany před bleskem,
LPL – hladina ochrany před bleskem,
třída LPS I (banky, nemocnice, automobilky),
třída LPS II (školy, supermarkety),
třída LPS III (rodinné domy),
třída LPS IV (stavby bez výskytu osob a majetku).

Pro členské země CENELEC vyplývá povinnost zavést zmíněné normy do národních normalizačních soustav a postupně zrušit platnost dosud existujících národních norem ohledně ochrany před bleskem (tab. 1), které jsou v rozporu se souborem evropských norem EN 62305. V České republice budou v normě ČSN 34 1390 změny zahrnuty tak, aby její ustanovení nebyla v rozporu se souborem evropských norem EN 62305. Na Slovensku, ve Francii, ve Španělsku, v Polsku, v Rumunsku atd. to budou i normy týkající se aktivních jímačů ESE.

Tab. 1. ČSN EN 62305 Ochrana před bleskem (nejrealističtější časové odhady jejího přijetí)

FDIS: konečný návrh mezinárodní normy
IS: mezinárodní norma
National: národní norma
DOW: nejzazší termín zrušení národních norem, které jsou v rozporu s evropskými normami

Všechny nové projekty hromosvodu a vnitřní ochrany, které budou započaty po listopadu 2006, by měly být navrhovány již podle zmíněného souboru norem. Projekty, které nebudou realizovány do listopadu 2006, by měly být dokončeny nejpozději do roku 2009. Všechny dosavadní stavby se budou revidovat podle staré normy ČSN 34 1390, avšak dojde-li ke změnám na stavbě nebo na vnitřním zařízení (v případě rekonstrukce) nebo změní-li se účel budovy, je nutné systém ochrany před bleskem LPS instalovat již podle nového souboru norem. Existuje již několik zrealizovaných projektů hromosvodní ochrany podle nového souboru evropských norem EN 62305.

Obecné principy

Parametry bleskových proudů v připravovaném souboru českých technických norem ČSN EN 62305 jsou založeny na výsledcích práce mezinárodní komise CIGRE. Podkladem pro tabulky (obr. 1) a grafy v normách byly zprávy č. 47 [1] a 69 [2].

Obr. 1. ČSN EN 62305-1 Obecné principy, základní kritéria pro ochranu objektu a inženýrských sítí

Maximální hodnoty bleskových proudů vyjadřují energetické dimenzování jímací soustavy. Pravděpodobnost 99 % pro LPL I (nemocnice, banky atd.) znamená, že ze 100 blesků se předpokládá menší nebo stejná hodnota 200A bleskového proudu u 99 blesků. Jeden blesk z uvedeného počtu bude mít větší vrcholovou hodnotu než 200 A. Minimální hodnoty bleskových proudů vyjadřují dimenzování ochranných prostorů jímací soustavy. Pravděpodobnost 99 % pro LPL I znamená, že ze 100 blesků bude mít 99 blesků větší nebo stejnou hodnotu proudu 3 A. Jeden blesk z uvedeného počtu bude mít menší vrcholovou hodnotu než 3 A.

Údaje o pravděpodobnosti však nemohou sloužit výrobcům součástí pro hromosvodní a vnitřní ochranu jako výmluva typu: „100% ochrana před bleskem není možná“.

Řízení rizika

Nová připravovaná norma ČSN EN 62305-2 se zabývá výpočtem řízeného rizika pro řešenou stavbu. V této normě je uvedeno nové klíčové slovo „risk management„. Vyjadřuje skutečnost, že instituce a firmy by měly počítat s mírou přípustného rizika, které se má přesně stanovit a vyjádřit. Cílem výpočtu řízeného rizika je stanovení nezbytnosti vnější a vnitřní ochrany před bleskem a přepětím pro stavbu. Podle účelu a využití objektu se určí technicky a ekonomicky optimální ochranná opatření.

Zasáhne-li blesk objekt, může způsobit škody na samotných budovách, ale také na vstupujících inženýrských sítích do objektu. Proto je nejprve nutné definovat zdroje, typy škod a ztrát nejen pro stavby a prostory v jejich blízkosti, ale rovněž pro inženýrské sítě a na ně navazující prostory.

Mezi typy škod a ztrát a z toho vyplývajícími relevantními riziky škod je velmi úzký vztah.

Z toho vyplývají typy rizik (tab. 2). Vyskytne-li se v případě chráněné stavby jedno z těchto rizik, musí být dodržena hodnota přípustného rizika. Například pro kulturní památky je hodnota rizika 10^–3, tzn. že jednou za tisíc let vznikne škoda na kulturní památce při instalovaném systému ochrany před bleskem LPS.

Při ochraně před bleskem musí být riziko R sníženo na přípustné riziko R_T: R Ł R_T

Přípustné riziko R_T je maximální hodnota rizika, kterou lze u objektu připustit. Je třeba určit, jsou-li ochranná opatření stanovená při prvním návrhu dostatečná. Je-li vypočtené skutečné riziko vyšší než přípustné, je nutné učinit odpovídající opatření v ochraně před bleskem a přepětím, tedy ochranu zvýšit.

Jímací soustava podle souboru norem ČSN EN 62305

Hromosvod (vnější LPS) znamená především protipožární ochranu staveb (budov). Vnější ochrana by měla chránit objekt před požárem nebo mechanickými účinky bleskového proudu a také osoby nacházející se uvnitř nebo vedle objektu před zraněním nebo smrtí v důsledku průchodu bleskového proudu.

Obr. 2. Přípustné metody návrhu jímací soustavy podle připravovaného souboru českých norem ČSN EN 625305

Pravděpodobnost, že blesk udeří do chráněného objektu, je podstatně zmenšena vhodným návrhem jímací soustavy.

Jímací soustava může být vytvořena vzájemnou kombinací těchto částí:
a) jímací tyče (včetně volně stojících stožárů),
b) zavěšených lan,
c) mřížové soustavy.

Přípustné metody pro stanovení umístění jímací soustavy (obr. 2):

• metoda valící se koule,
• metoda ochranného úhlu,
• metoda mřížové soustavy.

Všechny tři metody lze kombinovat v rámci návrhu jedné stavby.

Obr. 3. Návrh jímací soustavy LPS podle metody valící se koule

Metoda valící se koule
Je vhodná pro všechny případy (obr. 3) a je také nejpoužívanější. Poloměr valící se koule simuluje vstřícný výboj ze země nebo z jímací soustavy proti vůdčímu výboji (leaderu), který sestupuje z mraku.

Metoda mřížové soustavy
Může být univerzálně použita nezávisle na výšce a tvaru střechy objektu a je vhodná i pro ochranu plochých střech. Jímací soustava musí být umístěna pokud možno na vnějších hranách objektu. Jako náhodný jímač může být zvolena např. kovová atika, splňuje-li podmínky dimenzování.

Metoda ochranného úhlu
Je odvozena od metody valící se koule a je vhodná pro budovy s jednoduchými tvary, avšak její použití je omezeno výškou, která je vztažena k úrovni chráněného zařízení. Ochranný úhel tyčového jímače je závislý na třídě LPS. 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.

Obr. 4. Příklad posouzení návrhu jímače ESE pro budovu supermarketu podle souboru norem ČSN EN 62305

Metoda ochranného poloměru R_p (metoda pro návrh jímačů ESE)
Není dovolena pro návrh aktivních hromosvodů podle nového souboru ČSN EN 62305. Při návrhu jímací soustavy aktivního jímače musí být použita jen metoda valící se koule nebo ochranného úhlu. Přitom se na základě fyzické délky tyče aktivního jímače určí ochranný prostor metodou valící se koule nebo ochranného úhlu a – obr. 4.

Radioaktivní jímače nejsou přípustné.

Svody podle souboru norem ČSN EN 62305

Svod je elektricky vodivé spojení mezi jímací a uzemňovací soustavou. Svody by měly svést bleskové proudy do uzemňovací soustavy tak, aby na budově nevznikly škody nedovoleným vysokým oteplením svodů.

Počet svodů je závislý na třídě LPS (I, II, III, IV) (tab. 3), a je určen podle délky obvodu střešních hran objektu. Geometrické rozmístění svodů a okružního vedení ovlivní potřebnou dostatečnou vzdálenost. Svody musí být pokud možno rozmístěny tak, aby bylo vytvořeno přímé pokračování jímací soustavy. Svody je nutné instalovat přímo a svisle, aby bylo vytvořeno co nejkratší přímé spojení se zemí.

Dostatečná vzdálenost podle souboru norem ČSN EN 62305

Elektrické izolace mezi jímací soustavou nebo svody na jedné straně a chráněnými kovovými instalacemi, elektrickými, signálními a telekomunikačními zařízeními uvnitř objektu na druhé straně může být dosaženo dodržením dostatečné vzdálenosti ss mezi těmito díly (obr. 5):

s = k_i(k_c/k_m)l     (m)          [3]

kde: k_i je koeficient závislý na třídě LPS, k_c koeficient závislý na bleskovém proudu, který protéká svody, k_m koeficient závislý na materiálu elektrické izolace, l délka v metrech podél jímací soustavy nebo délka svodu od bodu, u kterého by měla být zjištěna dostatečná vzdálenost až k nejbližšímu vyrovnání potenciálů.

Při úderu blesku do jímací soustavy budovy se bleskový proud snaží téci co nejkratší a nejpřímější (kolmou) cestou i přes vnitřní vodivé součásti budovy (i metalická vedení) do uzemňovací soustavy. Proto při výpočtu dostatečné vzdálenosti s by se neměla počítat jen vzdálenost ve vodorovném směru, ale především ve svislém směru (kritické místo instalace).

Příklad: Supermarket o rozměrech 100 × 50 × 8 m má nainstalovám jeden samostatný jímač ESE, jeden svod (LPS II; k_i = 0,06; samostatný jímač k_c = 1; pro vzduch ve vodorovném směru k_m = 1, pro tuhý materiál ve svislém směru k_m = 0,5; l = 40 m); s_v = 2,4 m (ve vodorovném směru), s_s = 4,8 m (ve svislém směru).

Obr. 5. Dostatečná vzdálenost s

Z příkladu je zřejmé, že nejnepříznivější místo instalace je ve svislém směru. Je třeba dodržet dostatečnou vzdálenost s od jímací soustavy k první vodivé části stavby. Při průchodu bleskového proudu může jít o dílčí přeskoky mezi vodivými částmi uvnitř stavby. Proto by ve vodorovném směru měly být všechny vodivé části vzdáleny více než 2,4 m a ve svislém směru více než 4,8 m od jímací soustavy. Na místě je otázka: Je možné navržené řešení zrealizovat v praxi a je zároveň bezpečné? Odpověď zní: Není.

Řešení hromosvodu (jímací soustava, počet svodů, kontrola dostatečné vzdálenosti) by mělo být správně navrženo podle nového připravovaného souboru českých technických norem ČSN EN 62305 (již uvedený popis, např. počet svodů by měl být stanoven na 30 – obr. 4 a tab. 3).

Shrnutí

Nový soubor českých technických norem ČSN EN 62305 bude vyžadovat změnu myšlení a tvůrčího přístupu všech techniků při řešení ochrany před bleskem. Na prvním místě – na rozdíl od původní ČSN 34 1390 – by měla být vždy položena otázka, zda je možné realizovat izolovaný nebo oddálený hromosvod. Jestliže ano, bleskové proudy budou svedeny vně stavby a nevniknou dovnitř stavby (ideální případ). Zjistí-li se, že nelze dodržet dostatečnou vzdálenost s (vzdálenost mezi jímací soustavou a vnitřními živými i neživými částmi stavby), musí být tyto neživé vodivé části připojeny přímo k vodiči PE a živé části přes přepěťové ochrany. Toto řešení má tu nevýhodu, že neexistují na všechna datová a signalizační vedení svodiče bleskových proudů s dostatečně velkou vrcholovou hodnotou a tvarem vlny 10/350 (odpovídající tvaru vlny bleskového proudu).

Nový soubor evropských norem EN 62305 Ochrana před bleskem byl založen na celosvětové diskusi a následně byl přijat jako evropský dokument. Vychází z dlouholetých pozorování a výzkumů chování bleskového proudu v přírodních podmínkách. Výrobci součástí hromosvodní a vnitřní ochrany před bleskem by měli respektovat přírodní chování bleskových výbojů a měli by vycházet ze zásady: Blesk nezná normy ani výrobce, ale normy a výrobci musí respektovat blesk jako jedinečný přírodní děj.

Literatura:
[1] BERGER, K. – ANDERSON, R. B. – KRÖNINGER, H.: Parameters of lightning flashes. CIGRE Electra, 1975, No 41, p. 23–37.
[2] ANDERSON, R. B. – ERIKSSON, A. J.: Lightning parameters for engineering application. CIGRE Electra, 1980, No 69, p. 65–102.
[3] KUTÁČ, J.: Nový připravovaný soubor evropských norem v teorii i praxi EN/IEC 62305 Ochrana před bleskem. SPBI, 2006.

Informace o výrobcích DEHN + SÖHNE zájemci naleznou na www.dehn.cz nebo je na vyžádání obdrží poštou.