[materiály]
[služby]
[technológie]
V Slovenskej republike si už konečne (minimálne s 10 ročným omeškaním v porovnaní s vyspelými štátmi) začínajú investori uvedomovať, že účinky bleskového prúdu a prepätia vyvolaného týmto prúdom im spôsobujú nemalé straty končiace často aj fatálnym poškodením technológie, na ktorej závisí celá ich produkcia. Oslovujú teda odborníkov z oblasti elektrotechniky s požiadavkou, aby pri návrhu elektrických a elektronických vedení a zariadení v objekte zabezpečili aj ich ochranu a plnú funkčnosť pri zásahu blesku do budovy.
To znamená, že projektant musí navrhnúť systém ochranných opatrení, ktoré je potrebné začať budovať už v počiatočných fázach výstavby. Systém ochrany pred bleskom LPS ( Lighting Protection System), ktorý je potrebné vybudovať, sa skladá z dvoch hlavných častí. Vonkajšej časti a vnútornej časti. Vonkajšiu časť tvorí bleskozvod a uzemňovacia sústava a vnútornú časť tvorí sieť vyrovnania potenciálov, zvodiče prepätia ( SPD) a elektromagnetické tienenie. Celú túto problematiku komplexne rieši súbor technických noriem STN EN 62305 – 1 až 4. Navrhnutie dostatočných ochranných opatrení pre konkrétny objekt a elektrické zariadenia v ňom nie je jednoduchá vec, a preto tieto opatrenia musí navrhnúť skutočný odborník v tejto problematike. Bohužiaľ, treba upozorniť, že ak je niekto elektroprojektant, tak to neznamená, že je v danej problematike odborník.
Základným pilierom ochrany pred bleskom je vyrovnanie potenciálov. Hlavnou úlohou vyrovnania potenciálov je zmenšiť napäťové rozdiely medzi kovovými časťami a systémami vo vnútri priestoru chráneného pred bleskom a prepätím.
Všetky neživé vodivé časti a systémy, ktoré prechádzajú rozhraním zón ochrany pred bleskom LPZ (Lighting Protection Zone), musia byť vodivo pospojované na rozhraní ochranných zón a tiež vo vnútri zón. Vyrovnanie potenciálov je potrebné vykonať vodičmi a svorkami.
Všetky živé vodivé časti je potrebné pripojiť cez zvodiče bleskových prúdov SPD Typ1 alebo zvodiče prepätia SPD Typ2 k ekvipotenciálnej prípojnici. Základné vyrovnanie potenciálov sa zriaďuje čo najbližšie k miestu, kde do chráneného priestoru vstupujú napájacie silové a informačno-technické vedenia, kovové konštrukcie a kovové potrubia. Živé vodiče sa spoja s hlavnou ekvipotenciálnou prípojnicou zvodičmi bleskového prúdu SPD Typ1.V prípade katodicky chránených potrubí je spojenie na hlavnú ekvipotenciálnu prípojnicu realizované cez oddeľovacie iskrište. Hlavná ekvipotenciálna prípojnica musí byť spojená priamo s uzemňovacou sústavou objektu, hlavným rozvádzačom a všetkými miestnymi prípojnicami vyrovnania potenciálov v objekte. Ak je v objekte viac miest vstupu vedení do objektu, tak je potrebné pri každom mieste vstupu tohto vedenia inštalovať prípojnicu vyrovnania potenciálov. Tieto prípojnice je potom potrebné vzájomne prepojiť okružným vedením. Každá takáto prípojnica musí byť samozrejme prístupná, aby bola možná ľahká kontrola. Miestne vyrovnania potenciálov sa realizujú napr. vo vybraných poschodiach vyšších ako 20 m alebo všade tam, kde nie je dodržaná podmienka dostatočnej vzdialenosti inštalovaných vedení od vedení bleskozvodu. Všetky živé vodiče vedení (silnoprúdových a aj informačno-technických), ktoré prechádzajú rozhraním zón LPZ 1 /LPZ2, je potrebné pripojiť k miestnej prípojnici vyrovnania potenciálov cez zvodiče prepätia SPD Typ2. Taktiež všetky vnútorné konštrukcie väčších rozmerov ( konštrukcia výťahov, kovové podlahy, káblové lávky) je potrebné spojiť s najbližšou prípojnicou vyrovnania potenciálov. Odporúčajú sa viacnásobné prepojenia vodivých častí. Vo väčších areáloch s viacerými budovami je dôležité vybudovanie vyrovnania potenciálov medzi jednotlivými uzemňovacími systémami. Všetky opatrenia vykonané s cieľom ochrany pred bleskom a prepätím nesmú nikdy znižovať kvalitu ochrany pred nebezpečným dotykovým napätím neživých častí, ale naopak, mali by ju zvyšovať.
Pripojenie neživých vodivých častí na prípojnicu vyrovnania potenciálov sa dá realizovať pomerne jednoducho. Nesmie sa iba poddimenzovať prierez vodiča, ktorým sa pripojenie realizuje. Náročnejšie je to pri pripájaní živých fázových vodičov siete NN. Tu sa nachádzajú rôzne úskalia, ktoré sa nesmú podceniť. Projektant musí presne vedieť, čo všetko sa v momente zásahu blesku do objektu v elektrickej sieti deje a ktoré elektrické javy prebiehajú. Toto všetko musí zohľadniť pri výbere správneho prístroja (zvodiča SPD Typ1).
Zvodiče prepätia tvoria ucelený systém, v ktorom má miesto každá trieda požiadaviek na ne kladených. Rozmedzie prípustných zapaľovacích (obmedzovacích) napätí je natoľko široké, že určité miesto daného typu ochrany v ňom nemusí byť kritické. Dôležité je, aby na konci reťazca zvodičov prepätia zvyškové napätie na svorkách chráneného zariadenia bolo menšie, ako je odolnosť tohto zariadenia predpísaná v STN EN 61000-4-5, ktorú musia výrobcovia koncových zariadení dodržať a deklarovať zhodu s touto normou. Nižšie napätie, kedy zvodič už začína pôsobiť, znamená tiež jej častejšiu činnosť, čo môže mať za následok skracovanie jej životnosti, ktorá je závislá na počte prechodov prúdu. Ide hlavne o varistorové zvodiče Typ2. Z tohto pohľadu je lepšie skôr vyššie zapaľovacie napätie zvodiča. Teda presne 1,5 kV alebo tesne pod touto hodnotou pre ochranu zariadenia zo strany napájacieho vedenia. Pri iskrišťových zvodičoch bleskového prúdu dochádza pri vzniku oblúku na elektródach iskriska vo vnútri zvodiča k veľkému zníženiu vnútorného odporu. Záleží na konštrukcii zvodiča, či ide takmer o skrat, alebo či je natoľko vysoký, že následný prúd zo siete trvá krátku dobu a je ďaleko menší ako pri skrate. Obmedzenie tohto následného skratového prúdu zo siete robí výrobcom iskrišťových zvodičov najväčší problém. Táto hodnota je pre projektanta veľmi dôležitá, pretože zásadným spôsobom určuje spoľahlivosť zabezpečenia trvalej a spoľahlivej dodávky elektrickej energie do objektu. Podľa dlhodobých meraní počtu zápalov iskríšť na nadzemných vedeniach môže zníženie zapaľovacieho napätia z 1,5kV na 1kV znamenať až päťnásobný nárast reakcií iskrišťových zvodičov. V takomto prípade môže zníženie zapaľovacieho napätia spôsobiť mnohonásobné zvýšenie počtu zápalov iskrišťa zvodiča a ak zvodič nie je schopný zhášať následné skratové prúdy, urobí tak poistka vo vedení. To však znamená prerušovanie napájania, ktoré pri lacnom zvodiči s nízkou zapaľovacou hodnotou môže byť až 5 x častejšie. Je takýto stav pre majiteľa objektu žiaduci? Iste že nie !!! Obzvlášť pri bezobslužných inštaláciách akými sú napr. stanice mobilných operátorov, zariadenia so snímaním a prenosom dát rádiovým signálom, stanice katódovej ochrany a pod. Zbytočne nízke hodnoty obmedzeného (zvyškového napätia Up) prepätia na zvodičoch prepätia môžu spôsobiť:
Pre posúdenie kvality iskriskových zvodičov je tiež dôležitý údaj minimálneho menovitého prúdu predradených poistiek, ktoré môžu byť zapojené v prúdovom okruhu vedenia alebo vetvy k zvodiču. Čím menšia je táto hodnota (zaisťujúca selektivitu s typom zvodiča), tým môžme zvodič bleskového prúdu považovať za kvalitnejší. Túto hodnotu ale výrobcovia zvodičov nemusia uvádzať (a väčšina ju ani neudáva) v katalógových listoch k svojim prístrojom, lebo normy týkajúce sa zvodičov SPD im to nepredpisujú. Tieto normy im predpisujú uvádzať len zvodovú schopnosť zvodičov. Preto túto hodnotu uvádzajú len seriózni a špičkoví výrobcovia.
Na trhu je vcelku široká ponuka týchto prístrojov no, bohužiaľ, väčšina ponúkaných prístrojov má viaceré obmedzenia a nevýhody. Sú to napr. nízky zvodový impulzný prúd Iimp pri vlne 10/350μs, nedajú sa koordinovať s nízkym predistením v napájacom vedení, čo má za následok odpojenie objektu od prívodu elektrickej energie pri zásahu bleskom alebo majú malú schopnosť zhášať následné sieťové prúdy zo siete nízkeho napätia. Svetovou špičkou vo vývoji a výrobe týchto prístrojov je nemecká firma DEHN+SÖHNE GmbH. Vo vlastných laboratóriách a skúšobniach, v ktorých bez problémov vie nasimulovať bleskový prúd 150 kA a s tvarom vlny 10/350 μs, môže svoje vyvinuté technológie podrobiť tým najťažším skúškam a nasimulovať priamy zásah blesku. Vyvinuté technológie má chránené patentom. Jeden z týchto patentov zaručuje zariadeniu DEHNventil® ( TNC, TNS, TT, 2P TN, 2P TT ) špičkové a doteraz žiadnym iným výrobcom neprekonané parametre.
Toto zariadenie je určené na vyrovnanie potenciálov v sieti nízkeho napätia na rozhraní zón LPZ0 / LPZ1 s tým, že priamo za týmto zvodičom môže byť inštalované chránené koncové zariadenie, ktoré má odolnosť do 1,5 kV. Tento zvodič bleskového prúdu Typ1 s ochrannou úrovňou Up=1,5 kV (mohli by sme ho označiť ako SPD Typ1 + Typ2 +Typ 3, ale norma takéto označenie nepozná, no viacerí výrobcovia takto svoje prístroje z obchodného hľadiska označujú a uvádzajú aj číslo normy) pracuje na báze spolupráce hlavného a pomocného iskrišťa, pričom je táto spolupráca riadená monitorovacou jednotkou. Monitorovacia jednotka vyhodnocuje energetickú úroveň prichádzajúceho prepäťového impulzu. Ak je táto úroveň relatívne malá, aktivuje sa iba pomocné iskrište FS1.
Ak je prekročená priepustnosť tohto iskrišťa daná prípustnou energiou impulzu FS1, ktorá je prekročená spravidla len pri prechode bleskového prúdu, ktorý sa vyznačuje dlhším impulzom a vyššou vrcholovou hodnotou, potom spôsobí pomocné iskrište aktiváciu (zapálenie) hlavného iskrišťa FS2, ktoré je na tento prúd dimenzované a zaručuje ochrannú úroveň zvyškového prepätia pod 1,5 kV.
Patentovaná technológia RADAX - FLOW použitá v tomto špičkovom zariadení DEHNventil® obmedzuje následné skratové prúdy zo siete nízkeho napätia až do hodnoty 50kA, a pritom nedochádza k vybavovaniu predradeného istenia v sieti od 20 A vyššie. Celá technológia RADAX – FLOW, ktorá zabezpečuje rýchle zhášanie elektrického oblúku, je v zapuzdrenom iskrišti a pri montáži tohto prístroja nie sme obmedzovaní dodržiavaním vzdialeností od ostatných prístrojov v rozvádzači. Ochranná úroveň Up je meraná medzi fázovými vodičmi a ochranným vodičom za zariadením DEHNventil®, leží pod hodnotou 1,5 kV aj pri prechode súhrnného bleskového prúdu 100 kA (10/350 μs) všetkými vodičmi (obr. 5). Pritom za zariadenie DEHNventil® je možné inštalovať zariadenia spĺňajúce požiadavky STN EN 61000-4-5 až do vzdialenosti 5 m. Koordinácia s ďalšími zvodičmi Typ2 pomocou obmedzovacích tlmiviek nie je nutná. Ďalšou výhodou DEHNventilu je možnosť sériového zapojenia do obvodu s prevádzkovým prúdom do 125 A. Táto hodnota s veľkou rezervou pokrýva všetky objekty rodinného bývania (rodinné domy a menšie rodinné bytovky).
Keď sme v úvode písali, že k vyrovnaniu potenciálov je potrebné pripojiť všetky vstupujúce metalické vedenia, tak anténne vedenia od antén umiestnených na streche objektov alebo metalické rozvody káblovej televízie tam tiež patria. Na pripojenie týchto vedení a zvedenie bleskového prúdu vyvinula firma DEHN+SÖHNE zariadenie DEHNgate®.
Tento zvodič bol vyvinutý pre 75 Ω káblové systémy s frekvenčným rozsahom 5 až 3000 MHz, ktorý používajú vysielače analógového alebo digitálneho rozhlasového alebo televízneho signálu. Montáž tohto zvodiča je veľmi jednoduchá, pretože vedenie sa k nemu pripája pomocou F konektorov. Jeho fyzické uchytenie môže byť na montážnu lištu alebo priamo na stenu pomocou adaptéru. Integrovaný výstup pre kontrolné zariadenie umožňuje tiež jednoduchú kontrolu zariadenia a meranie prenášaného signálu. Zariadenie DEHNgate® je určené aj pre použitie do koaxiálnych vedení, ktoré slúžia ako diaľkové napájanie zosilovačov. Umožňuje mu to jeho konštrukcia, ktorá bola navrhnutá na prevádzku v obvode s trvalým napätím 24 V a trvalým prevádzkovým prúdom 2 A. Je použiteľný pre viac kanálov, čo v konečnom dôsledku prináša úsporu miesta. Ochranné napätie tohto zariadenia je Up = 60 V. Spojenie pristroja s prípojnicou vyrovnania potenciálov je možné prostredníctvom nosnej lišty, na ktorú zariadenie montujeme alebo prostredníctvom integrovanej uzemňovacej svorky. Firma DEHN+SOHNE odporúča dbať na pokyny v montážnych návodoch a montáž týchto zariadení musia realizovať osoby znalé problematiky ochrany pred bleskom. Pri montáži samozrejme nesmieme zabudnúť na priestorové oddelenie vstupných a výstupných vedení.
Ako vyplýva z informácií uvedených v predchádzajúcich riadkoch, problematika ochrany pred bleskom je náročná a kladie veľké nároky na technickú zdatnosť projektanta, ktorý navrhuje ochranné opatrenia pre zariadenia v objekte. Je potrebné si uvedomiť, že tieto opatrenia musí navrhovať odborník, ktorý podrobne pozná túto problematiku. Nie je žiadne tajomstvo, že takýchto projektantov je zatiaľ v našich končinách málo. Tento článok mal prispieť k informovanosti odbornej verejnosti a ukázať cestu pre projektantov, ktorí majú seriózny záujem byť v tejto oblasti na slovo vzatí odborníci. Ochrana pred bleskom je ešte stále mnohými, bohužiaľ, chápaná len ako bleskozvod na objekte. Konštrukčné materiály, filozofia návrhu zachytávacej sústavy funkčných a spoľahlivých systémov, ktoré berú do úvahy aj skutočnosť, že na bleskozvod (vonkajšiu ochranu) nadväzujú aj vnútorné systémy a sú neoddeliteľnou súčasťou komplexných ochranných opatrení, urobili v posledných rokoch veľké kroky vpred. Dnes už ani z ďaleka nemôžeme považovať za dostatočné opatrenia, ktoré sa na objektoch budovali do konca 90-tych rokov.
V budúcom čísle by sme sa radi venovali vonkajšej ochrane a predstavili vám špičkové produkty, ktoré zefektívňujú prácu, predlžujú životnosť a zabezpečujú spoľahlivú funkčnosť vonkajších systémov ochrany pred bleskom, teda bleskozvodov.
Informácie k tejto problematike vám rád poskytne aj autor tohto príspevku, ktorý sa problematike ochrany pred účinkami blesku venuje už viac ako 15 rokov. Veľa podrobných a užitočných informácií k tejto problematike získate aj na www.dehn.cz , www.kniska.eu alebo www.dehn.de.
Text: Jiří Kroupa
Autor je člen TK 43 pri SUTN
Foto: DEHN+SOHNE
