| Potenciálové vyrovnání průmyslových zařízení v rámci ochrany před bleskem Ing. Wolfgang Marks, KOMMA MaR, s. r. o. Na principu vyrovnání potenciálů je založena ochrana nejen před přepětím, ale i před nebezpečným dotykovým napětím, např. mezi ochranným vodičem a kovovou konstrukcí inženýrských sítí. V praxi se realizuje při stavbě nových objektů nebo při rekonstrukcích. Systém vyrovnání potenciálů tvoří základní (centrální) a lokální (místní) vyrovnání potenciálů Účelem základního vyrovnání potenciálů na rozhraní zón LPZ 0 a 1 (Lightning Protection Zone – zóna, ve které je stanoveno elektromagnetické pole závislé na hodnotě bleskového proudu) je maximálně vyloučit pronikání částí bleskového proudu z hromosvodu nebo kterékoliv kovové konstrukce, včetně elektrických vedení vstupujících do budovy, do instalace a zařízení uvnitř budovy.  Obr. 1. Základní vyrovnání potenciálů Do systému základního vyrovnání potenciálů je nutné přímo připojit: (obr. 1) - vodiče ochrany pospojováním,
- základový zemnič, popř. zemnič hromosvodu,
- potrubí centrálního vytápění,
- kovové potrubí rozvodů vody a odpadů,
- kovové konstrukce budovy, např. výtahové šachty, ocelové skelety, klimatizační kanály a šachty,
- vnitřní plynová potrubí,
- uzemnění antén a sdělovacích zařízení,
- vodiče PE, popř. PEN,
- stínění elektrických zařízení a kabelů se jmenovitým napětím do 1 000 V,
- uzemnění elektrických zařízení se jmenovitým napětím nad 1 000 V, pokud jimi nelze zavléct nepřípustně vysoká napětí,
- cizí vodivá zařízení, např. vodivé podlahy.
Do systému základního vyrovnání potenciálů se nepřímo (přes oddělovací jiskřiště) připojuje: - zařízení s katodickou ochranou před korozí,
- uzemnění elektrických zařízení se jmenovitým napětím nad 1 000 V, pokud hrozí nebezpečí, že se jimi zavlečou nepřípustně vysoká napětí,
- uzemnění trakčních vedení (avšak pouze s písemným souhlasem provozovatele),
- uzemnění laboratorních přístrojů.
Protože i elektrická zařízení a stroje potřebují kvalitní uzemnění, může být optimálním řešením propojení systému vyrovnání potenciálů a uzemňovací soustavy základový zemnič, který vyhovuje po stránce hodnot odporu uzemnění, ale především po stránce prostorového uspořádání.  Obr. 2. Hvězdicovité uspořádání systému vyrovnání potenciálů Dimenzování základového zemniče a zejména vedení a vývodů musí být v souladu s platnými normami. Značení a průřezy vodičů pro vyrovnání potenciálů Má-li vodič vedle pospojovací funkce i ochranou funkci, musí být řádně označen zeleno-žlutou barvou. Vodičem pro vyrovnání potenciálů neteče trvalý provozní proud, proto je možné použít holé (neizolované) vodiče nebo vodiče s izolací. Průřez vodiče musí být v souladu s platnými normami a je závislý na průřezu krajních vodičů, na typu prostředí a typu zařízení. Je nutné jej posoudit pro každý objekt či zařízení zvlášť. Minimální průřez měděného vodiče pro hlavní vyrovnání potenciálů by neměl být menší než 6 mm2. Je-li známo, že by vodičem mohly protékat dílčí bleskové proudy, minimální průřez by měl být 16 mm2 Cu či 25 mm2 Al. Jsou-li v zařízení nainstalovány přepěťové ochrany nebo by mohl vodičem protékat plný bleskový proud, je vhodné minimální průřez vodiče pro vyrovnání potenciálů o stupeň zvýšit, tj. na 25 mm2 Cu či 50 mm2 Al. Místní vyrovnání potenciálů a vyrovnání potenciálů v informačnětechnické síti Místní vyrovnání potenciálů se uplatňuje zejména jako ochrana před nebezpečným dotykovým napětím. Dále omezuje vzájemné nepřípustné ovlivňování instalovaných zařízení a snižuje úroveň rušení přicházejícího z vnějšku a omezuje zpětné působení instalovaných zařízení.  Obr. 3. Ekvipotenciální přípojnice (používané zkratky: EP, PPV HOP); k ekvipotenciální přípojnici jsou připojeny vodiče pro pospojování, vodivé konstrukce, napájecí a datové kabely (přes přepěťové ochrany), včetně stínění, které mohou být spojeny s vnější ochranou před bleskem Provedení místního vyrovnání potenciálů, které musí být vyvedeno do podružných rozváděčů, je obdobné jako v koupelnách (obr. 4). Dimenzování a instalace vyrovnání potenciálů v informačnětechnických (IT) sítích se řídí stejnými pravidly jako v napájecí síti. Minimální průřez pospojovacího vodiče by neměl být menší než 4 mm2. Při instalaci silového a sdělovacího vedení v jednom rozváděči musí být dodrženy bezpečné vzdálenosti, aby nedocházelo k nežádoucímu ovlivňování a indukci přepětí. Jestliže se doplní jak napájecí, tak informačnětechnická síť přepěťovými ochranami zapojenými v jednom rozváděči, je vhodné zvolit jeden bod pro potenciálové vyrovnání pro obě sítě a ten ve větších objektech zapojit do systému potenciálového vyrovnání v celém poschodí. Uspořádání systémů vyrovnání potenciálů, výhody a nevýhody jednotlivých provedení Hvězdicovité uspořádání
Použije-li se hvězdicovité (obr. 2) uspořádání s centrálním uzemňovacím bodem, musí být všechna zařízení, která jsou k systému připojena, vzájemně odizolována a pospojovací vedení musí být uloženo v souběhu s ostatními kabely. Zařízení musí být mezi sebou propojena optickými kabely či jinými způsobem zajišťujícím jejich galvanické oddělení. V opačném případě by se vytvářely instalační indukční smyčky a pospojovacím vedením by tekly vyrovnávací proudy. Nejvíce se tento systém používá v rozlehlých soustavách a ve vícepatrových budovách s velkými potenciálovými rozdíly.  Obr. 4. Svorka na připojení potrubí Mřížovité uspořádání
Zařízení jsou mezi sebou nejen propojena pospojovacími vodiči, ale jsou doslova prosmyčkována napájecími datovými vedeními a stíněním. Ve vytvořených smyčkách se uplatňují magnetické vazby, které snižují úroveň rušivého elektromagnetického pole. U mřížového vyrovnání potenciálů je důležité, aby připojení k uzemnění bylo ve všech proveditelných bodech a aby byl vyčleněn zvláštní vodič nebo vedení, např. do okružní sběrnice, která velmi významně omezí zatížení vyrovnávacími proudy. Neméně významným prvkem je instalace přepěťových ochran. Postup při instalaci systému vyrovnání potenciálů Instalace pro úplné vyrovnání potenciálů je bezpodmínečným základem realizace vnitřní ochrany před bleskem a přepětím. Tímto opatřením se potenciál všech instalací uvnitř objektu (včetně živých částí elektrických zařízení, která jsou vybavena svodiči přepětí) v okamžiku přepětí rovnoměrně zvýší na stejnou hodnotu jako potenciál uzemňovací soustavy: nevzniknou mezi nimi nebezpečná napětí. Prostory uvnitř budov s citlivým elektronickým zařízením, které jsou vybavovány stíněním, lze často zřídit i dodatečně, a to v několika krocích: V prvním kroku je třeba optimalizovat stínění místnosti. Zpravidla je místnost obklopena betonovými zdmi s ocelovým armováním. Již existující odstínění lze v mnoha případech zkvalitnit a doplnit, např. vzájemným propojením armatur izolovaných betonových dílů nebo vsazením kovových mříží do oken. Po vnitřním obvodu je možné uložit páskový vodič jako okružní ekvipotenciální přípojnici, kterou je třeba co nejvíce propojit se stíněním místnosti. Ve druhém kroku je třeba propojit skříně a kostry přístrojů s okružní ekvipotenciální přípojnicí i mezi sebou navzájem (obr. 3). Do vzájemného pospojování je třeba zahrnout i ochranný vodič PE – tím automaticky vzniknou paralelní zkratové smyčky ke krajním vodičům. Dále je třeba zajistit, aby vnitřní datová vedení byla vedena co nejblíže uzemněným vodivým spojením. Jsou-li použita stíněná vedení, je zapotřebí stínění na obou koncích připojit. Naznačenými opatřeními vzniká velké množství uzemněných zkratových smyček a tím i mřížové vyrovnání potenciálů. Ve třetím kroku jsou silová a datová vedení na vstupu do místnosti připojena k systému vyrovnání potenciálů pomocí výkonných přepěťových ochran. Ve čtvrtém kroku jsou všechny elektronické vstupy, popř. výstupy, osazeny jemnými ochranami, popř. filtry. Ochranné prvky je třeba vždy připojit k vedení vstupujícímu zvnějšku a k nestíněným vedením uloženým uvnitř, dále musí být předřazeny přístrojovým vstupům a výstupům. Jemnou ochranu není třeba připojovat pouze tehdy, má-li vnitřní signální vedení oboustranně připojené stínění. Koncepce na základě mřížového vyrovnání potenciálů pro nekontrolované uložení vodičů uvnitř místnosti s elektronickým zařízením je kompromisem mezi požadavky elektromagnetické kompatibility, včetně ochrany před bleskem a přepětím, a běžnými instalačními postupy.  Obr. 5. Svorka na anténní stožáry Analogicky k vnější ochraně před bleskem, kde se prosadilo a osvědčilo rozsáhlé velkoplošné vyrovnání potenciálů, je i ve vnitřní ochraně před bleskem a přepětím důležitým předpokladem pro cílené osazení přepěťových ochran maximálně husté propojení všech uzemněných částí zařízení, včetně stínění místností. Odstínění vedení uloženého mezi budovami Stínění je účinné pouze tehdy, je-li dobře vodivě propojeno v podélném směru kabelu ve všech místech styku s armovacími prvky a dále, je-li stínění na obou koncích spojeno se základním vyrovnáním potenciálů. Jestliže nejsou používány speciální kabely se stíněním odolným proti blesku, lze vedení vycházející z budovy uložit do kovového potrubí. Rozsáhlého odstínění je možné dosáhnout též uložením vedení do betonových kabelových kanálů se vzájemně propojeným armováním. V budovách lze realizovat odstínění propojením kovových kabelových lávek a jejich překrytím vzájemně propojenými plechovými kryty. Jsou-li propojeny dvě budovy, které jsou zařazeny do dvou různých tříd ochrany před bleskem, musí se vedení přicházející do „citlivějšího„ prostředí na vstupu dodatečně upravit (obr. 5), a to bez ohledu na skutečnost, zda bylo uloženo v odstíněném žlabu. Vyplatí-li se investovat do odstínění kabelů, nebo je vhodnější cíleně použít svodiče přepětí, které jsou stejně často zapotřebí, je nutné řešit samostatně v jednotlivých případech. Literatura:
[1] DEHN+SÖHNE: Blitzplanertiskopis DS702/2004.
[2] DEHN+SÖHNE: Zkrácené katalogy 2001 až 2005.
[3] KOPECKÝ, V.: Blitz- und Überspannungsschutz von A bis Z. Hüthig & Pflaum Verlag, 2005, EMV.
[4] Handbuch für Blitzschutz und Erdung, 2004, VDB. | 
