První výročí nové řady norem pro ochranu před bleskem

První výročí nové řady norem pro
ochranu před bleskem ČSN EN 62305
Jan Hájek, Dalibor Šalanský
Jak ten čas letí a lidé se mění. Předloni v prosinci vstoupila v platnost
nová řada norem pro ochranu před bleskem ČSN EN 62305. Zpočátku
nebyl o normu příliš velký zájem, vždyť její předchůdkyně platila několik
desetiletí a její platnost bude ukončena až v únoru 2009!
Jak vzrostla dostupnost tohoto souboru, začaly se objevovat první ohlasy.
Největší prostor k vyjádření bohužel dostali ti, kteří s vlastním dalším
vzděláváním skončili ihned po ukončení školní docházky. Nabyli totiž
přesvědčení, že vytrvají-li, vystačí si s tím, co je ve škole naučili, a okolí
se jejich zaostávání bude přizpůsobovat.
V naší republice jsme byli zodpovědnými institucemi i nečinností našich
zástupců vystaveni nepříjemné skutečnosti. Nyní to vypadá nepatřičně
a hloupě, ale na objektu s výbavou high-end bylo skutečně prosazováno instalovat systém ochrany před více než čtyřiceti lety upravený na
pravidla socialistického právního a ekonomického zřízení. To, že norma
ČSN 34 1390 byla už ve své době kompromisní variantou, nebo spíše
provozním předpisem, který si tehdejší stát vytvořil v podstatě pro sebe
a svůj majetek, potvrdí každý, kdo četl mé oblíbence (Ladislav V. Říhánek
Hromosvody, rok 1941, nebo ještě lépe Johann Albert Heinrich Reimarus
32
ROČENKA ELEKTRO 2008
a jeho Ausführliche Vorschriften zur Blitz-Ableitung an allerley Gebäuden
z roku 1797).
Z těchto důvodů vznikaly fatální chyby. Vždyť téměř každý, kdo navrhoval ochranu před bleskem, se o její kvalitě musel rozhodovat sám
na základě vlastních zkušeností. Došlo-li v takto chráněném objektu ke
ztrátám na životech nebo majetku v důsledku úderu blesku a protistrana
by celkem bez problému prokázala, že obecně známý technický standard
byl na daleko vyšší úrovni než ČSN 34 1390 z roku 1969 – a to by
snadno prokázal na základě několika čísel odborného časopisu i právnic­
ký koncipient, dopadl by chudák projektant špatně. Také to, že ochrana
před bleskem a přepětím byla „rozhozena“ do několika navzájem ne moc
dobře provázaných norem, nebylo dobré. V podstatě ten, kdo řešil hromosvod, většinou nebral ohled na zbytek elektrické instalace v objek­tu
a naopak. Co bylo také zvláštností, ale v naší republice ne zase tak výrazné jako v jiných státech EU, že hromosvod (termín vnější LPS ne­máme
rádi) na objektu realizovali lidé bez elektrotechnického vzdělání. Představte si, že systém, který má bezpečně svést do země výboj v řádech
sto­vek kilovoltů, instaluje někdo, kdo o Ohmově zákonu tuší pouze to,
že nejspíš je.
Tato situace se před rokem naštěstí změnila. Nový soubor norem se zpočátku zdál trochu nepřehledný, ale to vyplývalo ze snahy jeho autorů každému předat maximální množství informací pro správné rozhodování.
Z jakých částí se tato nová řada norem skládá?
První a z hlediska informací nejdůležitější částí je ČSN EN 62305-1
Ochrana před bleskem – Část 1: Obecné principy. Je v ní popsán
„nepřítel“. Uživatel zde nalezne maximální množství informací o blesku,
a to ať jde o jeho maximální či typické hodnoty, typické frekvence, délku
impulzu, jeho energii i další fyzikální vlastnosti. Tato široká škála hodnot
zde mohla být uvedena díky neustálému sledování bouřkové činnosti po
celém světě desítkami zkušených týmů, jehož výsledkem je velký objem
informací, který umožňuje sestavit relevantní průměrné hodnoty. Tyto
hodnoty jsou rozděleny do čtyř základních skupin, umožňujících vytvořit
několik kvalitativně odstupňovaných systémů ochrany objektů.
6. projektování, Montáž a provoz EZ
33
Druhou, nejkontroverznější (a pravděpodobně nejsložitější) částí normy
je ČSN EN 62305-2 Ochrana před bleskem – Část 2: Řízení rizika.
Snad každého, kdo tuto normu alespoň prolistoval, začala jímat hrůza
a děs – uvedené vzorečky je třeba počítat. Tato část umožňuje stanovit, jak
kvalitně chránit daný objekt; výběr kvality ochrany spočívá v porovnání
rizik. Jestliže výsledek uvedeného porovnání rizik je nevyhovující, je třeba
objekt zařadit do vyšší třídy ochrany, než jaká byla navržena na počátku.
Z pohledu praxe je každému z techniků jasné, že nic nemůže být
stoprocentní a nikdy nebude možné zaručit spolehlivost systému a jeho
bezpečnost na téměř plnou hodnotu. Proto je zde zbytkové riziko, bude-li
ochrana před bleskem realizována pro danou kategorii podle požadavků
této normy, vyjádřeno činitelem 10–5. Takto vyjádřené riziko může vyznít
jako zanedbatelné – pro přiblížení: jednou za sto tisíc let může být v takto
chráněném objektu zabit nebo vážně zraněn člověk. Ale uvedené sdělení
lze trochu pootočit: jednou ročně v takto chráněných sto tisících objektech
může k takovémuto neštěstí dojít. To již je poměr jakoby bližší a srozumitelnější, který např. v oboru letecké dopravy vedl k tomu, že se někdo
bojí letět na dovolenou k moři. (Schválně vyzkoušejte svého právníka,
zda by vám doporučil koupit objekt, kde máte šanci být zabit bleskem
v poměru 1 : 100 000!)
V tomto směru je tedy část ČSN EN 62305-2 přelomová. Určuje riziko,
jeho akceptovatelnost a technické prostředky na jeho zvládnutí až k ekonomicky únosné hranici. Zároveň díky tomu, že jde o jednu z částí normy,
není nikdo z projektantů, kdyby se někomu v takto chráněném objektu něco
stalo a pokud neudělá ve výpočtu chybu, vystaven složitému prokazování,
že jeho rozhodnutí bylo správné.
Část ČSN EN 62305-3 Ochrana před bleskem – Část 3: Hmotné
škody na stavbách a nebezpečí života lze v podstatě označit jako náhradu
ČSN 34 1390. Tato část je vlastně návod, jak hromosvod realizovat podle
požadavků upřesněných jednotlivými třídami pro ochranu před bleskem.
Jsou zde velmi podrobně objasněny jednotlivé návrhy jímací soustavy
– hromosvodu. Je však bohužel třeba si zvyknout na anglické zkratky.
Hromosvod už není hromosvod, ale vnější LPS (Lightning Protection
System, systém ochrany před bleskem). Ani nám se tyto anglicismy moc
nelíbí, ale chápeme, že převzetí terminologie v poměru jedna ku jedné
34
ROČENKA ELEKTRO 2008
zamezí omyly a podvody, kdy je možné na základě chybného překladu
vytvořit něco zcela jiného, než si klient přál. Označení „hromosvod“ se
asi nadále bude používat, ovšem je třeba si uvědomit, že pouhou instalací
„hromosvodu“ ochrana před bleskem nekončí.
Jsou zde za pomoci mnoha obrázků ukázány různé varianty konstrukce
jímací soustavy, včetně několika atypických příkladů, detailů řešení, ale
i doporučení při využívání jiných materiálů. Velmi užitečné je množství
Obr. 1. Příklad instalace
oddálené jímací soustavy
– od jednoduchých jímacích tyčí až po
propracované systémy
DEHNiso-Combi
s vodiči HVI
tabulek, které se používají především pro optimalizaci materiálu, je-li nutné
volit jiné řešení než se standardními prvky.
V konstrukci vnější ochrany před bleskem se objevuje termín izolovaný
LPS, popř. oddálený hromosvod. Tato jednoduchá a pro hromosvodáře století
6. projektování, Montáž a provoz EZ
35
známá věc zde nachází největší prostor. Vždy, když se vytváří hromosvod,
mělo by být konstruování této varianty první snahou. Mezi časté omyly,
se kterými jsme se na školeních setkali, patří – snad vlivem menší představivosti – nepochopení principu oddáleného (izolovaného) hromosvodu.
Každý, kdo již léta pracuje jako hromosvodář, si pod pojmem izolovaný
či oddálený hromosvod představí klasické řešení instalované v minulosti
především nad muničními sklady. To znamená podstatné oddálení všeho, co
tvoří hromosvod, od chráněného objektu. Ovšem zde metodika oddalování
doznala největších rozdílů, především proto, že po desetiletí shromažďované
údaje o blesku a jeho hodnotách umožňují při jejich zprůměrování provádět
výpočty, které s velmi velkou přesností dokážou určit minimální vzdálenosti
oddálení. Za základní komponentu snahy o oddálení je třeba brát betonový
podstavec s jímací tyčí, která vytváří ochranný prostor pro umístění chráněného zařízení na střeše a zároveň tvoří s dodržením dostatečné vzdálenosti
s mezi jímací tyčí, drátem jímací soustavy a chráněným zařízením v podstatě
oddálený hromosvod v jeho nejjednodušší podobě (obr. 1). Teprve v případě,
že se nepovede oddálení tímto „primitivním“ způsobem, měl by následovat
pokus o oddálení s využitím distančních izolačních vzpěr DEHNiso-Combi (obr. 2). A nelze-li ani za pomoci těchto komponent potřebného stavu
dosáhnout nebo jestliže takto vzniklá konstrukce působí na okolí velmi
rušivě, teprve poté přichází na řadu řešení s vodičem HVI, který díky své
izolaci a speciálním vlastnostem toto oddálení zabezpečí bez podstatných
změn vzhledu objektu. Při rozhodování o tom, zda oddálený hromosvod, či
variantu pospojování všeho se vším – tzv. Faradayovu klec, je třeba vždy
zohlednit finanční náklady na každou z uvedených variant a posoudit, zda
stejné úrovně ochrany nelze dosáhnout s menšími výdaji za materiál nebo
vlastní práci. Jelikož tento nový soubor norem bere ochranu před bleskem
jako jeden celek (ať jde o její vnější, nebo vnitřní část), může každý ihned
zjistit, zda dílčí úprava jímací soustavy nepovede k velkým finančním úsporám třeba na svodičích bleskových proudů.
Ještě pár slov ke komponentám, ze kterých se skládá hromosvod. Každá
součást by měla materiálově odpovídat normě ČSN EN 50164 Součásti
ochrany před bleskem (LPC) – Část 1: Požadavky na spojovací součásti
a Část 2: Požadavky na vodiče a zemniče, která určuje minimální typické
rozměry a vlastnosti materiálu pro hromosvodní součásti.
36
ROČENKA ELEKTRO 2008
Obr. 2. DEHNiso-Combi určený pro ochranu složitějších a rozsáhlejších
zařízení
Díky technickému pokroku a již zmiňovaným desetiletím stráveným
pozorováním a měřením blesků je v této normě jako hlavní požadavek,
v podstatě nadřazený všem zmíněným rozměrům, uvedeno vykonání
testu bleskovým proudem. Každá z hromosvodních součástí, pokud její
provedení neodpovídá vzorům v této normě, by měla být testována na
zkušebním generátoru vlnou s tvarem 10/350, simulující část bleskového
proudu, a to ve dvou třídách – v třídě H 100 kA a N 50 kA. Navíc by měla
být každá z těchto součástí (svorky, dráty, podpěry, jímací tyče, lana)
podrobena umělé chemické zátěži simulující přírodní podmínky působící
po dobu několika desetiletí. Není-li při konstrukci hromosvodu možné
využít standardně vyráběné komponenty (pro většinou seriózních výrobců
jsou tyto zkoušky samozřejmostí), měl by ten, kdo navrhuje nestandardní
řešení, prokazatelně doložit, že použitý materiál, popř. součástka, splňuje
tyto minimální požadavky. Ve vlastním návrhu jímací soustavy se nic podstatného nemění. Jedinou zásadní novinkou v navrhování jímací soustavy
je rozšíření o jednu metodu – metodu valivé bleskové koule.
6. projektování, Montáž a provoz EZ
37
Shrnutí dílčích změn klasických metod navrhování
jímací soustavy
Obr. 3.
Nejjednodušší
oddálený
hromosvod
– jímací
tyč a její
ochranný
úhel
Metoda ochranného úhlu
Již před vznikem normy ČSN 34 1390 (Elektrotechnické předpisy
ČSN. Předpisy pro ochranu před bleskem) bylo známo, že vrcholový
úhel se mění s výškou jímací tyče nad chráněným povrchem. Přesto tato
skutečnost nebyla v uvedené normě brána v potaz. Pro lepší pochopení
si lze tento jev představit jako stanovou plachtu, pod kterou je neustále
zdvihána tyč – v tomto případě jímací. Tato plachta se vzrůstající výškou
svírá s tyčí stále ostřejší úhel. Výchozí hodnoty jsou pro každou ze čtyř
tříd ochrany před bleskem jiné.
Mřížová soustava
Princip zůstává shodný od počátku lidského snažení o ochranu před
bleskem. Je jím vytvoření co nejhustšího vodivého obalu na objektu tak,
aby ho zaregistroval i malý blesk. Dlouhodobými zkušenostmi se zjistilo,
že rozměry mřížové soustavy podle ČSN 34 1390 jsou příliš velké, a tak
současný systém ochrany před bleskem IV, tedy ten, na který jsou kladeny nejmenší požadavky na ochranu před bleskem, začíná na rozměrech
20 × 20 m.
Metoda valivé bleskové koule
Počátky této metody, ač se může zdát nová, lze vysledovat již v pracích
A. Schweigera ze 30. let dvacátého století. Opět díky nasbíraným statistickým hodnotám, kdy jsou k dispozici jak maximální hodnoty blesku, tak
minimální hodnoty blesku, neméně důležité z hlediska jímací soustavy,
bylo možné určit, jak „daleko“ sestupující vůdčí výboj „vidí“. V podstatě
to znamená, že zatímco maximální hodnota bleskového proudu určuje velikost, počet a kvalitu zemnicí soustavy, svodů a svorek, minimální hodnota
blesku určuje hustotu jímací soustavy, počet jímacích tyčí a velikost jimi
vytvářených ochranných úhlů (obr. 3) tak, aby zachytily i blesky o velmi
malé vrcholové hodnotě. Kdyby jímací soustava byla konstruována pouze
na jímání blesků o velké intenzitě, postačovala by jedna vysoká jímací
38
ROČENKA ELEKTRO 2008
tyč, kterou by každý blesk „viděl“ už z dálky, a zbytek jímací soustavy
by byl zbytečný. Trochu to připomíná jednu z aktivních metod ochrany
před bleskem.
Při konstrukci jímací soustavy je důležitá zmiňovaná dostatečná vzdálenost s. Nesmí totiž dojít k tomu, že jímací drát nebo svod povede po
stěně, za kterou bude ve vzdálenosti několika centimetrů umístěno např.
napájecí nebo datové vedení s jiným potenciálem, než má jímací soustava.
V tomto případě by se mohlo blesku zdát, že právě tudy je cesta na zemnicí
soustavu momentálně nejjednodušší, což by vyvolalo přeskok a bouřlivé
vyrovnávání potenciálu při cestě bleskového proudu do země.
Poslední část nového souboru norem ČSN EN 62305-4 Ochrana před
bleskem – Část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách se
týká ochrany elektrické instalace a na ni zapojených spotřebičů. Toto je
vnitřní ochrana před bleskem, která se skládá z vyrovnání potenciálů,
pospojování a stínění. Hlavním požadavkem (chceme-li tedy vnitřní instalaci chránit) je potenciálové vyrovnání svodičem bleskových proudů.
Principem této ochrany je rovnoměrně přerozdělit příchozí energii mezi
všechny vodivé systémy, které při běžném provozu nemohou být mezi
sebou přímo propojeny. Sestupující blesk již po celé své trase „neuvidí“
6. projektování, Montáž a provoz EZ
39
jinou zem (potenciál) než tu, která je pro něj záměrně vytvořena. Při absenci svodiče bleskových proudů, ať na napájecí nebo na přivedené datové
soustavě, nastane také potenciálové vyrovnání, ale nevratně, což může
být doprovázeno velkými škodami. V podstatě jsou svodiče bleskových
proudů nebo méně výkonné svodiče přepětí tím nejslabším místem, které
je záměrně vloženo do elektrické instalace, aby se potenciál vyrovnal
právě na nich vratným způsobem – tj. tak, jak chceme my, a ne jak si
představuje přepětí.
Právě na úspoře množství svodičů bleskových proudů při vytvoření
oddáleného hromosvodu, např. nad skupinou klimatizačních jednotek,
jsou zřejmé hlavní výhody nového souboru norem, které řeší ochranu před
bleskem jako jeden celek, a ne pouze, jak tomu bylo dříve, jako několik
poslepovaných dílčích částí.
Autoři tohoto článku doufají, že díky větší vzdělanosti současné populace nebude dlouho trvat a tyto principy ochrany, ve své podstatně velmi
jednoduché, se všem pracovníkům činným v tomto oboru dostanou velmi
rychle „pod kůži“ a ochrana před bleskem se stane běžným technickým
řešením, kde norma bude fungovat především jako zdroj informací a deklarace nejnižšího standardu.
40
ROČENKA ELEKTRO 2008