Tipy a triky při instalaci přepěťových ochran (část 3)

Tipy a triky při instalaci přepěťových ochran (část 3)

Dalibor Šalanský, člen ILPC, LUMA Plus, s. r. o.,
Jan Hájek, organizační složka Praha, DEHN + SÖHNE GmbH + CO. KG.

Připojit, či nepřipojit? Je to vůbec otázka?

Norma ČSN 34 1390 (Elektrotechnické předpisy ČSN. Předpisy pro ochranu před bleskem) hovořila poměrně jasně o podmínkách připojování zařízení na střechách, využití jiskřišť apod. V současné době se však situace změnila, a to nejenom se začátkem platnosti nové normy ČSN EN 62305 (Ochrana před bleskem). Pro připomenutí, jako mezinárodní evropská norma vstoupila v platnost v červnu 2006 a u nás bude platná jako ČSN EN v listopadu 2006.

Obr. 1. Přímý úder blesku do ventilátoru a cesty části bleskového proudu

Co se tedy může stát, bude-li např. ventilátor klimatizační jednotky připojen na jímací soustavu? Tyto ventilátory jsou většinou vybaveny třífázovými motory o poměrně velkém výkonu, vyspělejší typy v sobě mohou obsahovat i různá čidla teploty. Ochranný vodič PEN je přímo spojen s kovovou konstrukcí ventilátoru – tzn. přímé zavlečení části bleskového proudu dovnitř objektu. Bleskový proud bude rozhodně hledat cestu nejmenšího odporu pro vniknutí do země a vodič PEN připojený na uzemňovací soustavu distribuční sítě se svou hodnotou uzemnění max. 2 W je právě tou ideální a možná i nejkratší cestou. Obzvlášť u ventilátorů umístěných třeba uprostřed rozlehlé střechy. U pracovních vodičů neznamená izolace (zejména izolace vinutí motoru) pro bleskový proud vážnější problém, a i tady se vytvoří přímá vodivá cesta pro blesk. U sdělovacích vedení je situace ještě horší, neboť elektrická pevnost těchto vodičů je nepoměrně menší než u napájecích vedení. Na obr. 1 je znázorněna situace při přímém úderu blesku do bloku ventilátoru a cesty části bleskového proudu. Takovýto případ nastane i tehdy, je-li ventilátor vybaven pomocným jímačem. V opačném případě, tedy tvoří-li kovový kryt ventilátoru náhodný jímač, může být tento kryt mechanicky poškozen. Plechy, ať pozinkované, nebo s jinou korozivzdornou úpravou, jsou používány v tloušťkách 0,8 až 1,5 mm. Tato hodnota je pro přijmutí bleskového proudu naprosto nedostatečná a může dojít k propálení plechu.

Tab. 1. Tloušťky plechů různých materiálů a jejich schopnost vést bleskový proud

V tab. 1 jsou uvedeny hodnoty tloušťky plechů různých materiálů a jejich schopnost přijmout, popř. vést bleskový proud. Stejná situace se zavlečením části bleskového proudu nastane i v případě, že blesk neudeří přímo do ventilátoru. Bleskový proud se rozdělí a hledá cesty svodu do země. Při volbě varianty přímého pospojování ventilátoru s hromosvodní soustavou existuje účinná ochrana, jak zabránit vniknutí blesku do objektu. Tato varianta však může být v některých případech cenově naprosto neúnosná. Pro potenciálové vyrovnání bleskového proudu postačí instalovat do pomocného rozváděče umístěného co nejblíže ke vstupu kabelů do objektu (tedy těsně pod střechu) vhodné svodiče bleskových proudů Typ 1 (např. DEHNbloc Maxi). Také sdělovací kabely musí být chráněny příslušnými svodiči bleskových proudů! Toto řešení však může narazit na několik úskalí. Bude vždy nalezeno vhodné místo pro instalaci tohoto rozváděče? A co když bude těchto ventilátorů na střeše třeba dvacet? Takovou investici nikdo nezaplatí, obzvlášť bude-li seznámen s mnohem jednodušší a účinnější variantou oddálených hromosvodů.

Oddělující jiskřiště? Někdy se lze setakt i s názorem, že je třeba ventilátory připojit přes oddělovací jiskřiště. Zkusme tedy podrobně rozebrat, co může nastat, bude-li tato metoda využita. Zapalovací napětí jiskřišť (měla by být testována vlnou 10/350 simulující bleskový proud) se nejčastěji pohybuje v rozmezí 2,5 a ž 4 kV.

Případ 1
Blesk o velmi malé vrcholové hodnotě zasáhne jímací soustavu. V tom případě se nevytvoří dostatečný rozdíl potenciálů mezi jímací soustavou a ventilátorem a jiskřiště nezapálí. Přes uzemnění ventilátoru nepoteče žádný proud. To je ale také jediný případ, kdy jiskřiště splní svoji funkci. Ovšem mezi jímací soustavou a kovovými částmi ventilátoru na okamžik vznikne značný rozdíl potenciálu!

Obr. 2. Jednoduchá úprava jímací soustavy

Případ 2
Blesk o velké vrcholové hodnotě zasáhne jímací soustavu nebo přímo ventilátor. Rozdíl napětí je tak velký, že vyvolá zapálení jiskřiště, bleskový proud se rozdělí a protéká vodiči ventilátoru i jímací soustavou. V těchto případech jiskřiště postrádá smysl.

Případ 3
Bleskový proud o malé hodnotě zasáhne ventilátor. Jiskřiště nezapálí a celý tento proud proteče připojenými vodiči dovnitř objektu. V tomto případě tedy jiskřiště vyřadilo z funkce jímací soustavu a to je snad to nejhorší řešení.

Použití jiskřišť se tedy v těchto aplikacích nedoporučuje. Může se použít pouze tam, kde je třeba uvést na stejný potenciál dvě zemní soustavy, které se nesmí přímo pospojit (např. katodicky chráněné plynové potrubí, zamezení bludných proudů apod.).

Odstrašující případ
Někdy se lze setkat s připojením ventilátorů na jímací soustavu přes jiskřiště na kovových střechách! Krycí plechy ventilátoru, střešní krytina i jímací soustava jsou v tomto případě mezi sebou vodivě propojeny. Na co tedy jiskřiště? Ovšem zde se zároveň nabízí otázka, jak nejlépe vzniklou situaci řešit. Je možné použít metodu oddáleného hromosvodu? Tomuto tématu bude věnován další text. Jsou totiž možné dvě varianty.

Obr. 3. Vhodné rozmístění jímacích tyčí na střeše

Ochrana za pomoci oddálených hromosvodů. Nyní zpět k ochraně ventilátorů za pomoci oddálených hromosvodů u střech z nevodivých materiálů. Na obr. 2 je znázorněno řešení. Jde o velmi jednoduchou úpravu jímací soustavy, spočívající pouze ve správném umístění a výšce pomocného jímače. Pro umístění se musí respektovat dostatečná vzdálenost s k zamezení přeskoku blesku na ventilátor. Výška jímače musí být taková, aby ochranný úhel spolehlivě „přikryl„ jednotku ventilátoru. U jednoho jímače se použije metoda ochranného úhlu. Oproti ČSN 34 1390, kde byl stanoven pevný úhel 112°, je podle ČSN EN 62305 tento úhel proměnný a závisí na výšce jímače a třídě ochrany před bleskem LPL (Lightning Protection Level). Podrobné údaje o hodnotách ochranných úhlů je možné nalézt např. ve zkráceném katalogu firmy Dehn + Söhne. U rozlehlých střech s mnoha ventilátory (a jinými kovovými konstrukcemi) je výhodné využít metodu valivé bleskové koule. Na obr. 3 je znázorněno vhodné rozmístění jímacích tyčí na střeše. Tím se za minimální náklady dosáhne podstatného rozšíření ochranného prostoru. Blesková koule o poloměru 30 m (Lightning Protection System II.) je „usazena„ na vrcholech jímacích tyčí. Nemůže propadnout a dotknout se ventilátorů. Pro konstrukci hromosvodní ochrany touto metodou lze použít některý z trojrozměrných modelovacích programů, popř. si vytvořit papírový model.

Elektromagnetické indukce se nelze jednoduchou cestou zbavit. Proto je třeba vodiče vedoucí ze střechy dolů vybavit vhodnými svodiči přepětí Typ 2, např. DEHNguard 275.

Tab. 2. Cenové relace
Obr. 4. Ochrana velkých střešních klimatizačních jednotek

Ale v případě, že je ochrana objektu pojata komplexně, budou tyto svodiče v podružných rozváděčích jistě instalovány. Dalšího zlepšení lze dosáhnout, budou-li vodiče uloženy v kovových stínicích trubkách.

Porovnání ceny připojení versus oddálení

V tab. 2 je uveden rozdíl cenových nákladů mezi použitím ochrany pospojováním a použitím oddáleného jímače. Při ochraně několika desítek kovových konstrukcí na střeše jsou rozdíly nezanedbatelné (a pravděpodobně bude možné odečíst u varianty oddálení položku 3× svodič přepětí DEHNguard 275). Naopak ve variantě pospojování není započtena cena za další pomocný rozváděč a poměrně složitou instalaci u stropu objektu. Vztyčení pomocného jímače na střeše a jeho připojení na dosavadní jímací soustavu u varianty oddálení je otázkou několika minut.

Řešení pro kovové střechy

Jak bylo uvedeno dříve, je možné použít dvě varianty. U první se aplikuje metoda pospojování všech kovových hmot. V tom případě je ale třeba vést všechna vedení k ventilátorům v jednom svazku a z jednoho místa. Nejlépe z rozváděče umístěného na obvodové zdi objektu. Ten se osadí svodiči bleskových proudů, např. DEHNbloc Maxi. Dále je třeba vztyčením malých pomocných jímačů podél kabelové trasy zamezit možnému přímému úderu blesku do vodičů. Toto řešení je možné i u střech z nevodivých materiálů. Druhá varianta je poměrně složitá a spočívá ve „vyzvednutí“ celé jímací soustavy nad střešní krytinu. V tomto případě musí být u celé jímací soustavy dodržena dostatečná vzdálenost s od kovové střechy a zařízení. Toto opatření se bude pravděpodobně týkat i svodů, neboť většina moderních velkých hal má kovovou nejen střechu, ale i opláštění. Při konstrukci hromosvodní soustavy tohoto typu je třeba dbát zvýšené pozornosti, neboť vzhledem ke složitosti je možné se snadno dopustit chyby a celý ochranný systém znehodnotit.

Metoda oddálených hromosvodů na rozlehlých střechách se netýká pouze ventilátorů, které byly v tomto příspěvku uvedeny pro zjednodušení jako příklad, ale všech kovových zařízení. Metoda je účinná zejména u velkých skříňových klimatizačních jednotek (obr. 4). Zde již není chráněn pouze jeden přívodní kabel k motoru, ale tyto jednotky často obsahují složitý potrubní systém. Kabely jsou vedeny v silných svazcích a vybavenost čidly a snímači není rovněž zanedbatelná. Někdy jsou na střechy objektů instalovány motorgenerátory pro záložní napájení. Touto metodou lze chránit i prostá kovová potrubí a výdechy klimatizace. Za předpokladu splnění technických podmínek pro instalaci oddálených hromosvodů nabízí nová norma ČSN EN 62305 cenově výhodné řešení, ovšem daleko důležitější je podstatné zvýšení spolehlivosti celého ochranného systému.

Další díl miniseriálu bude zaměřen na ochranu parkovišť a bazénů umístěných na střechách objektů a dále na sloupy veřejného osvětlení. Věříme, že to bude velmi zajímavé a důležité téma, neboť zde již nejde pouze o ochranu elektroniky, ale především o ochranu lidského zdraví.