Rozvoj techniky ochrany před bleskem

Rozvoj techniky ochrany před bleskem
Zpráva z mezinárodní konference ICLP 2002

Ing. Zdeněk Rous, CSc.,
zastoupení DEHN + SÖHNE v ČR a SR

V posledních několika letech se každé dva roky schází špička „hromosvodářů“, dnes už lépe řečeno „ochranářů před bleskem„, na své vrcholné mezinárodní konferenci o ochraně před bleskem ICLP (International Conference on Lightning Protection). Poslední se konala na podzim 2002 v polském Krakově. I tentokrát prezentovala vlastně shrnutí současných znalostí v tomto oboru.

Krátkou informací o zmíněné konferenci je i německy psaný článek [1], z něhož těží i tento příspěvek. Sborník přednášek (v angličtině) lze najít na internetu [2]. Příští konference se bude konat v roce 2004 v Avignonu ve Francii.

Bleskové výboje (skupina 1)

Zde – už tradičně – byly projednávány charakteristiky a modely bleskových výbojů. Z celkem šestnácti příspěvků nejvíce zaujalo shrnutí výsledků třináctiletého sledování výbojů na věži o výšce 60 m, jež je umístěna na Morro do Cachimbo (hora v Brazílii blízko Belo Horizonte 1 430 m vysoká). Zmíněné poznatky byly srovnávány s výsledky měření nestora výzkumu blesků, prof. dr. Karla Bergera, uskutečňovaných na Monte San Salvatore (Švýcarsko). Výsledky v podstatě potvrdily soulad, vrcholové hodnoty bleskových proudů byly poněkud nižší. Výsledky dalších měření (v Rakousku a Japonsku) pomáhají odborníkům blíže si ujasnit parametry bleskových výbojů.

Lokalizace a hustota úderů blesku (skupina 2)

V tomto případě šlo o sledování úderů blesku s využitím moderních lokalizátorů. Zajímavý je především závěr výzkumu: Aby bylo možné sledovat bouřky po celé Evropě, je důležité rozšířit oblast sledování různých systémů. Dosáhnout tohoto cíle je od roku 1999 úkolem evropská sítě – CELDN (Central European Lightning Detection Network). Její jádro tvoří německý systém BLIDS a rakouský systém ALDIS. Síť zahrnuje také východoevropské státy Maďarsko, Polsko, Slovensko a Česko.

Pozn.: Zajímavá informace zvláště pro pojišťovny, pro ověření (verifikaci) hlášených škod.

LEMP a vazby (skupina 3)

V současné „elektronické“ době jsou otázky vzniku a šíření impulsů způsobených úderem blesku (LEMP – Lighting Electromagnetic Puls) středem pozornosti. Týkají se výpočtu změny elektromagnetických polí a jejich vazby na elektrické instalace uvnitř budov. Je třeba říci, že většina přednesených příspěvků byla založena především na teoretických modelech. Zatím nejsou vypočítané hodnoty dostatečně ověřeny měřeními v praxi.

Mechanismus úderů blesku (skupina 4)

Hlavním tématem příspěvků byl výzkum vývoje postupného vůdčího výboje vycházejícího z mraků (lídru) a výboje z uvažovaného objektu směřujícího nahoru (vstřícného lídru). Průběh vstřícného lídru má tyto fáze:

• Nejdříve je inicializován proces vůdčího vstřícného výboje, tzv. streameru. Zde jde o „chladný„ výboj s typickým proudem menším než 1 A.

• Nejčastěji, v případě negativního blesku, potřebuje kladný streamer základní intenzitu pole 400 kV/m. Pouze při překročení této hodnoty se streamer může vyvíjet.

• Streamer musí narůst do délky alespoň několika metrů. Pouze tehdy se může „trefit„ do lídru, který představuje „horký„ výboj s proudem zřetelně větším než 1 A.

• Lídr potřebuje intenzitu pole minimálně 200 kV/m, aby se mohl rozvíjet.

Stejně jako na minulých konferencích i tentokrát se intenzivně diskutovalo o problému, zda je možné vzestupným lídrem vyvolaným uměle odvést bleskový proud na definované místo úderu – v souvislosti se zařízením ESE (Early Streamer Emission).

Kromě toho bylo pozorováním zjištěno, že přibližně 25 % blesků obsahuje více kanálů. Ze zprávy o jednom úderu blesku vyplynulo, že jeho různými kanály bylo zasaženo osm lidí (šest z nich zabito, dva vážně poraněni). To vede k domněnce, že se jednotlivé kanály vytvářejí rozvětvením hlavního kanálu.

Odvádění blesku a uzemnění (skupina 5)

Zvláštní pozornost byla věnována využití stavebních prvků, jako je stínění elektromagnetických polí ve vnitřních prostorách (zóny bleskové ochrany) a také rozsáhlým uzemňovacím soustavám. Rovněž nelze zanedbat snižování zemního odporu vlivem ionizace půdy.

Ochrana před bleskem v napájecích sítích (skupina 6)

Co se týče této problematiky, byly předneseny zajímavé příspěvky k ochraně zemními lany nad vlastním vedením i k ochraně metodou nazvanou Line Surge Arrester. S její pomocí lze i v podmínkách špatné vodivosti půdy dosáhnout citelného snížení přepětí.

Ochrana elektronických systémů (skupina 7)

Téma této skupiny příspěvků bylo zaměřeno na svodiče bleskového proudu. Byly představeny nové postupy jejich výroby. Výzkumy ukázaly, že při zatížení skupinami impulsů (bursty 5/50 ns) mohou parazitní kapacity působit jako „filtry„ těchto extrémně krátkých impulsů a absorbovat část jejich energie. Dalším zmíněným problémem byly vícenásobné proudy v kanálu blesku. Pomocí nového generátoru 10 kA, 8/20 µs s pěti impulsy s odstupem 20 ms byly vyvolávány následné proudy ze sítě nn, aniž by vznikaly potíže v otevřených nebo zapouzdřených svodičích bleskového proudu. Život zkoumaného svodiče bleskového proudu, jenž byl zkonstruován na bázi jiskřiště (typ není v článku uveden), byl odhadnut na 33 let.

Zvláštní pozornost byla věnována účinkům stínění kovových částí staveb, zejména armování. Výzkum účinků stínění dvouvrstvého armování vedl k závěru, že dvojité mříže zvyšují hodnoty dosažené jednoduchým stíněním o tyto orientační přídavné hodnoty:

• 3 až 7 dB pro magnetické pole H,
• 9 až 12 dB pro změny magnetického pole (dH/dt),
• 13 až 16 dB pro podélné napětí U₁ mezi stropem a podlahou.

Škodlivé účinky přímého úderu blesku (skupina 8)

Pět příspěvků se zabývalo účinky spojenými s poškozením zdraví osob, šest příspěvků škodami na stavebních objektech a elektrických soustavách.

Nehody, při nichž jsou osoby přímo zasaženy bleskem, mají za následek smrt nebo těžká zranění. Avšak i osoby, které se nacházejí v bezprostřední blízkosti úderu blesku, mohou utrpět velmi těžká poškození zdraví. Obvykle je to přičítáno vysokému krokovému napětí, tj. potenciálním rozdílům vzniklým v zemi průtokem vysokého proudu. Japonská studie naproti tomu došla k závěru, že riziko způsobené krokovým napětím je často přeceňováno. Studie je založena na úrazech způsobených bleskem, kdy byla zasažena skupina nejméně pěti lidí. Byly zkoumány např. účinky třinácti úderů do skupin osob ve volném terénu, kdy známky úderů vykazovalo 24 osob. Je zřejmé, že u většiny blesků šlo o větší počet kanálů. Zasažené osoby byly buď zabity (patnáct osob), nebo velmi vážně zraněny (devět osob). Také osoby, které stály v bezprostřední blízkosti zasažených osob, byly z velké části rovněž vážně poraněny, pravděpodobně v důsledku přeskoků bleskového proudu. Izolovaně stojící osoby, které byly ohroženy jen krokovým napětím, naproti tomu nebyly vůbec zraněny, nebo jen nepříliš vážně. Osoby ve vzdálenosti alespoň 7 m nevykazovaly vůbec žádný škodlivý účinek úderu blesku.

Problémy speciální ochrany před bleskem v praxi (skupina 9)

Zde byla projednávána ochrana větrných elektráren a vysokých budov. Zvláštní požadavky na ochranu v tomto případě vznikly proto, že větrné elektrárny i solární zdroje zaujímají velká území. Z toho důvodu bylo nutné věnovat zvýšenou pozornost zvláště dostatečnému systému uzemnění.

U vysokých větrných elektráren (nad 100 m) silně vzrůstá riziko jejich poškození, a to vlivem samospouštěných blesků jdoucích z jejich nejvyššího bodu směrem do mraků. Zvláště ohroženy jsou listy rotorů. Podobně je tomu u vysokých objektů. Základnové stanice mobilních telefonů instalované na stožárech vvn se mohou potýkat s obdobnými problémy.

Normy pro ochranu před bleskem

Skupina technického výboru TC 81 v Mezinárodní elektrotechnické komisi (IEC) zabývající se analýzou rizika škod předložila návrh budoucí normy IEC 62305-2, po jejímž zavedení se nebude používat zjednodušený postup podle IEC 61024-1-1 1993-09. IEC 62305-2 nahrazuje dosavadní analýzu rizika podle IEC/TR2 61662:1995-04. Norma má být provázena softwarem na PC.

Na konferenci se opět diskutovalo na kontroverzní téma ohledně jímačů ESE (Early Streamer Emission), v Česku zvaných aktivní hromosvody. Závěr vycházející z příspěvků a diskuse vyzněl tak, že dosud nebyl předložen žádný nosný podklad potvrzující účinnost techniky ESE. Více k tomuto tématu je publikováno v časopisu ELEKTRO č. 12/2003.