Ochrana před bleskem a přepětím pro čerpací stanice s vodíkem

 

Energie je jednou ze základních potřeb moderního mobilního člověka. Vyčerpatelnost fosilních zdrojů a globální oteplování změny klimatu nás nutí k zamyšlení. Vodík (H₂) jako jeden z možných zdrojů energie má potenciál zásadně změnit naše energetické zajištění a z dlouhodobé perspektivy vyřešit problémy se zásobováním energiemi. Z tohoto důvodu by se měl tento zdroj energie prosadit v 21. století také u automobilů. Tato pohonná hmota může být v budoucnu k dispozici na čerpacích stanicích podle potřeby buď v kapalné, nebo plynné podobě. Kompletní řídicí systém musí být účinně chráněn také před účinky blesku a přepětí, aby při bouřkách bylo možné bezporuchové a bezpečné tankování automobilů (obr. 1).

Z izokeraunické mapy pro Českou republiku (obr. 2) je zřejmé, že bouřková činnost se pohybuje mezi 25 až 40 bouřkovými dny za rok. Vynásobí-li se tato čísla činitelem 0,1, lze vypočítat počet úderu blesku na 1 km² za rok. Vezme-li se v úvahu skutečnost, že ničivé účinky od přímého úderu blesku jsou patrny do vzdálenosti 1,5 až 2 km (měřeno od místa úderu, např. i v kabelové síti nn v jednom uzlu transformátoru), vychází plocha kruhu kolem místa úderu asi na 7 km². Z toho vyplývá nebezpečí úderu blesku (obr. 3) 21- až 28krát na 1 km² (tři až čtyři blesky na kilometr čtvereční násobeno 7 km²).

 

Připočtou-li se k tomu účinky spínacích přepětí, která vznikají na napájecích nebo uživatelských sítích, je nutnost ochrany zdůvodnitelná. Hromosvod je přitom jen jedno z opatření, která chrání budovu před přímými údery, a tím před vznikem požárů. Elektrická a elektronická zařízení zůstanou však nechráněna před účinky přepětí. Často se lze setkat s mylnou představou, že je-li instalován hromosvod, je to dostatečná ochrana pro počítače, modemy a měřicí techniku. Tato opatření vyvolávají u odpovědných osob falešný pocit jistoty, který ale není na místě z důvodu často chybné koncepce ochrany před přepětím. Vhodná opatření je nutné učinit již ve stadiu projektu zařízení, aby potřeba odpovídala ochraně a bezpečnosti.

 

Následující příklad exemplárně ukazuje, jak by mohla být zdárně provedena ochrana před bleskem a přepětím. Tato ochranná opatření před bleskem pro vodíkovou čerpací stanici se nijak podstatně neliší od ochrany pro klasické čerpací stanice.

 

Vzniku přepětí je bezpodmínečně nutné zabránit v prostředí s nebezpečím výbuchu – ATEX 137 (směrnice 1999/92 EG, která byla prosazena v roce 2004 prostřednictvím nařízení vlády do právních předpisů). Zde má provozovatel povinnost vypracovat dokumentaci o ochraně před výbuchem. Přitom je stanoveno posouzení rizik, kde jsou vyhodnocena potenciální nebezpečí podle rozdělení do zón (Ex) na základě existence a expanze potenciálních výbušných směsí. Toto rozdělení do zón navazuje na identifikaci možných zdrojů iniciace, které vyplývají z provozních požadavků, jakož i z výběru odpovídajících provozních zařízení. V následujícím odstavci bude zmíněn blesk jako zdroj iniciace podle ČSN EN 1127-1 [1].

 

Následné zdroje iniciace musí být posouzeny při vyhodnocení rizik v prostorech s nebezpečím výbuchu. Ty mohou vzniknout účinkem blesku:

Budou-li zjištěny nebezpečné účinky blesku, musí se chránit všechny přístroje, ochranné systémy a součásti všech kategorií vhodnými ochrannými opatřeními před bleskem a přepětím.

 

V zónách (Ex) 0 nebo 20 nesmí vzniknout žádné škodlivé účinky vlivem úderu blesku. Z těchto důvodů musí být instalovány přepěťové ochrany na vhodných místech tak, aby byly omezeny rozdíly potenciálů mezi signálními žilami a uzemněnými zařízeními, např. kovovými nádržemi a řídicími rozváděči (ČSN EN 62305-3 [2]).

Na všechna vedení, která budou zapojena do řídicích rozváděčů, budou instalovány vhodné svodiče bleskových proudů a přepětí na základě návrhu podle koncepce zón ochrany před bleskem. Budou zde rozlišeny případy příslušných vedení, zdali dojde k poškození vlivem bleskových proudů, či ne:

Při projektování a realizaci se často neví, zda vůbec, a především které typy svodiče přepětí jsou instalovány v následných rozváděčích. V tomto případě je nejjistější umístit kombinovaný svodič na vstupu do rozváděče. Pak mohou být konstruovány všechny řídicí rozváděče vždy stejně. Kombinované svodiče, např. DEHNventily, jsou navrhovány podle typu sítě TN/TT/IT, aby došlo ke zmenšení požadovaného prostoru pro příslušnou instalaci (obr. 4).

Všechna vedení jiskrově bezpečných obvodů MaR jsou chráněna vhodnými správně navrženými svodiči podle koncepce ochrany před bleskem (obr. 5). Řídicí obvody nesmí být poškozeny ve své ochranné funkci vlivem ochranného zapojení. Je potřeba rozlišit při zapojení přepěťových ochran, zdali jde o neuzemněné, nebo uzemněné řídicí obvody. Jako neuzemněný řídicí obvod je posuzován obvod, ve kterém má chráněné zařízení izolační pevnost >500 V. Pak musí být použity svodiče, které svým zapojením zachovají tuto izolační pevnost.

 

V jiskrově bezpečných obvodech se rozlišují dva typy proudových obvodů ia a ib. Nejlépe je použít svodiče, které mají certifikát ia. Pak budou splněny i ty nejpřísnější požadavky pro přepěťové ochrany, které jsou zároveň vhodné také pro použití ib. Certifikát o jiskrové bezpečnosti jiskrově bezpečných obvodů by měl být předložen dříve, než dojde ke zprovoznění řídicích obvodů EEx (i). Napájecí zdroje, převodníky, použité kabely, jakož i přepěťové ochrany musí splňovat celkově podmínky ochranných obvodů. Při návrhu těchto obvodů je třeba vzít v úvahu také indukčnost a kapacitu ochranných přístrojů. Vnitřní kapacity a indukčnosti instalovaných svodičů přepětí jsou zanedbatelné podle osvědčení PTB 99 ATEX 2092 a při návrhu těchto obvodů není třeba k nim přihlížet. Maximální napětí Uc musí být tak velké, aby bylo rovno maximálnímu napětí naprázdno zdroje. Také jmenovitý proud svodiče musí být tak velký, aby nepřekročil v případě poruchy očekávaný zkratový proud I_i měřicího převodníku.

 

Dojde-li k odchýlení od výše citovaných rámcových podmínek, toto schválení zanikne. Přepěťové ochrany Blitzductor^®CT, které jsou instalovány v tomto projektu pro jiskrově bezpečné obvody, splňují všechny relevantní požadavky.

Pospojování podle ČSN EN 62305-4 [3] bude zřízeno za účelem odstranění rozdílů potenciálů, tj. zabránění vzniku nebezpečných dotykových napětí. Také v prostředích s nebezpečím výbuchu je podle ČSN EN 60079-14 ed. 2 [4] a ČSN EN 61241-14 [5] třeba vyrovnání potenciálů. Všechny části elektrických zařízení napájecí sítě TN/TT/IT a cizí vodivé části musí být připojeny k systému vyrovnání potenciálů. Dodržení těchto opatření je dostatečné pro ochranu před bleskem v prostředích s nebezpečím výbuchu. Všechna šroubová spojení v prostředích s nebezpečím výbuchu je nutné zajistit proti samovolnému uvolnění. Krátké připojovací přívody jsou důležité při instalaci přepěťových ochran, aby byl dodržen ochranný účinek svodičů v určité vzdálenosti. Důležité je také spojení mezi svodičem a chráněným koncovým zařízením pomocí vodiče pospojování. Je třeba dodržet montážní návody příslušných výrobců.

 

Vodíkové čerpací stanice, stejně tak jako plynové čerpací stanice budou v blízké budoucnosti stále více prosazovány, aby pomohly pokrýt rostoucí potřebu energie. Funkční systém ochrany před bleskem, který je složen z hromosvodu a vnitřní ochrany, je pro bezpečný provoz takovýchto moderních a komplexních čerpacích stanic důležitý. Bezpečnost je zajištěna tím, že během bouřkové činnosti nevzniknou žádná nebezpečná jiskření v čerpacích stanicích a na nich. Tím bude snížena na minimum pravděpodobnost nebezpečných vlivů během bouřky.

 

Další informace mohou zájemci získat na adrese:

tel.: 222 560 104

fax: 222 562 424

e-mail: info@dehn.cz

 

[1] ČSN EN 1127-1, 1998-10: Výbušná prostředí – Zamezení a ochrana proti výbuchu – Část 1: Základní pojmy a metodologie.

[2] ČSN EN 62305-3, 2006-11: Ochrana před bleskem – Část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života.

[3] ČSN EN 62305-4, 2006-11: Ochrana před bleskem – Část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách.

[4] ČSN EN 60079-14 ed. 2, 2004-06: Elektrická zařízení pro výbušnou plynnou atmosféru – Část 14: Elektrické instalace v nebezpečných prostorech (jiných než důlních).

[5] ČSN EN 61241-14:2005-06: Elektrická zařízení pro prostory s hořlavým prachem – Část 14: Výběr a instalace.