DEHN: Svodiče přepětí pro zajištění bezpečnosti osob i majetku

1. Mimořádná událost
Po úderu blesku do korun okolních stromů došlo k zapálení penzionu, včetně vedlejší budovy (obrázek 1). Část bleskového proudu přešla kořenovým systémem stromů přes napájecí kabel ohradníku a zahradního osvětlení (CYKY 3x1,5mm²) do vedlejší budovy, kterou zapálila. Ve stejném okamžiku se vzňala také hlavní budova v důsledku průchodu bleskového proudu propojovacím kabelem mezi budovami. Tyto skutečnosti byly potvrzeny zkušebním protokolem HZS. Zkoušky dále vyloučily úmyslné zapálení objektů. V rozvaděčích, které byly umístěny v hlavní a vedlejší budově, nebyly instalovány svodiče přepětí. Vyšetřovatel HZS po dohodě s majitelem vyčíslil škodu způsobenou požárem na 30.000.000 korun. Poškozena byla především střecha, krovy a střešní krytina, restaurace, dále pak stodola, kotelna a garáž a další vybavení. Hasiči svým zásahem uchránili další majetek (hlavně ubytovací prostory) za  20.000.000 korun.


 


 
Tato mimořádná událost je jednou z mnoha, které se staly v důsledku chybějících nebo chybně navržených přepěťových ochran.

2. Analýza rizika
Projektant může rozdělit ochranu před bleskem - jímací soustavu, soustavu svodů a pospojování proti blesku do různých tříd ochrany před bleskem LPS I až IV s ohledem na skutečná rizika. Výsledky analýzy rizika ovlivňují ochranná opatření nejen pro sítě NN, ale i další metalické sítě, které jsou zavedeny do objektu. Tímto opatřením se mohou snížit náklady na vnější ochranu a optimalizovat rizika, která jsou spojena s pospojováním proti blesku – svodiči bleskových proudů SPD typu 1. V mnoha případech je riziko spojené se zavlečením bleskových proudů mnohem větší z napájecích sítí, než je riziko přímého úderu blesku do vlastního objektu. Bleskové proudy mohou ovlivnit elektrická a elektronická zařízení uvnitř budov až do vzdálenosti 1 až 1,5 kilometru od místa úderu po metalických sítí.  

3. Jiskřiště versus varistor
Jako první ochranné opatření na rozhraní zón LPZ 0A-1 je nutno použít svodič bleskových proudů SPD typu 1 podle normy ČSN EN 61643-11 ed.2. Tento svodič plní funkci „vlnolamu“, kdy svádí část bleskového proudu do uzemňovací soustavy a zároveň srovnává potenciál bleskového proudu mezi fázemi a vodičem PEN/PE. Energii impulzu bleskového proudu  mohou bezpečně zvládnout jen jiskřiště, protože dochází k „useknutí“ této vlny:

• Zkrácení času impulzu (obrázek 3).

• Zmenšení reziduální plochy pod křivkou napětí-čas, což je rozhodující pro zatížení následných ochranných stupňů a koncových zařízení na velmi malou hodnotu.

 
Následně instalované svodiče SPD typu 2 a 3 dle normy ČSN EN 61643-11 ed.2 svádějí jen dílčí zbytkovou energii bleskového proudu a indukovaná přepětí v přívodních vodičích:

• Do podružných rozvaděčů (SPD typu 2 – svodič na bázi varistorů).

• Ke koncovým zařízením (SPD typu 3 – svodič na bázi varistorů). 

V současné době jsou používány i alternativy pro svodiče bleskových proudů SPD typu 1 a to na bázi varistorů. Varistor na rozdíl od jiskřiště „řeže“ vlnu 10/350µs podélně (obrázek 4). To má za následek:

• Varistor po delší dobu omezuje napětí na úrovni, která je obvykle podstatně vyšší než napětí oblouku a také než jmenovité napětí napájecí sítě.

• Plocha pod grafem napětí-čas je proto u varistoru výrazně větší než u jiskřiště. V důsledku toho je u varistoru izolace následných zařízení a instalací významně více namáhána, než u jiskřiště, což se také projeví ve zkrácení životnosti těchto zařízení.

 
Je-li svodič bleskových proudů definován pomocí vrcholové hodnoty sváděného bleskového proudu I_imp a ochranné úrovně U_p, nevyjadřuje to dostatečně skutečné poměry z hlediska omezení průchodu energie bleskového proudu ke koncovému zařízení. 

Důležitým koeficientem zbytkové energie, kterou propustí svodič přepětí SPD typu 1 do další elektroinstalace je činitel vlnolamu.


kde:
A_10/350 - celková energie (plocha, která je omezena vlnou bleskového proudu 10/350µs)
A_KZ - propuštěná energie na koncové zařízení (plocha, která je omezena vlnou propuštěnou svodičem SPD typu 1+2)
 

Poznámka:
Byl proveden srovnávací výpočet činitele vlnolamu pro:

• Svodič SPD typu 1 + 2 na bázi varistoru
  (pro I_imp=12,5kA, UC=280V, Up=1,5kV)–činitel vlnolamu=31,2%.
  

• Svodič SPD typu 1 + 2 na bázi jiskřiště
  (pro I_imp=12,5kA, UC=255V, Up=1,5kV)-činitel vlnolamu=99,4%.
  DEHNventil – svodič bleskových proudů SPD typu 1+2 o hodnotě 100kA (vlny 10/350)
  DEHNvenCI – svodič bleskových proudů SPD typu 1+2 o hodnotě 100kA (vlny 10/350)
  DEHNshield – svodič bleskových proudů SPD typu 1+2 o hodnotě 50kA (vlny 10/350)
  

4. DEHNventil – svodič bleskových proudů SPD typu 1+2 o hodnotě 100kA (vlny 10/350)
Přepěťová ochrana DEHNventil je v očích technické veřejnosti synonymem pro skutečný svodič bleskových proudů na bázi jiskřiště, který opakovaně zajistí bezpečnost osob i majetku v extrémních situacích. V průmyslu umožní zvýšit provozní disponibilitu za bouřky a v zapojení před elektroměrem zamezí výpadku elektrické energie. Instalací DEHNventilu je možno optimalizovat celkovou ochranu před bleskem například pro:

• Rodinné domy, kde je vyšší riziko zavlečení bleskového proudu z okolních vyšších objektů, kopců, či stromů. Jde-li o kabelová vedení, je jejich sběrná plocha až 20 metrů na každou stranu od osy vedení.

• Objekty, které jsou napájeny z vedení vysokého napětí.

• Stavby s nebezpečím výbuchu.

• Průmyslové technologie, např. frekvenční měniče, kde hrozí častá spínací přepětí, či výskyt statické elektřiny.

 

 
5. DEHNvenCI – svodič bleskových proudů SPD typu 1+2 o hodnotě 100kA (vlny 10/350)
DEHNvenCI je jiskřiště ve funkci SPD typu 1+2 a do 5m dokonce typu 3. Tento svodič je především určen pro průmyslové aplikace, kde se ve většině případů používají skříňové rozvaděče o výšce 2 m (obrázek 7). Dále pak v rozpojovacích polích s pojistkami nad 315A. Uvnitř svodiče se nacházejí integrované pojistky, což podstatně zkrátí délku přívodních vodičů a zamezí křížení nebo souběhu přívodních a uzemňovacích svodů SPD. Instalací DEHNvenCI dojde k úspoře montážního času a místa v rozvaděči. Do hodnoty 50kA zkratového proudu se nemusí instalovat předjištění svodiče. Je k dispozici také souhrnná kontrola stavu jiskřiště a pojistek.
 

6. DEHNshield – svodič bleskových proudů SPD typu 1+2 o hodnotě 50kA (vlny 10/350)
Tím, že DEHNshield má jen schopnost svádění bleskových proudů o hodnotě 50kA, vlny 10/350 při ochranné úrovni 1,5kV, je vhodný pro tyto aplikace:

• Rodinné domy, kde riziko zavlečení bleskového proudu přes přívodní vedení je nízké.

• Podružné elektrické vývody vně objektu, např. bazény, vedlejší objekty, vyhřívání okapů, elektrické závory.

• Stojany čerpacích stanic při použití kovových konstrukcí (obrázek 8).

• Vnější osvětlení obchodních center a průmyslových areálů.

• Měniče fotovoltaických elektráren.

 

7.  Shrnutí

• Revizní technici by si měli uvědomit, že použitím papíru a kulatého razítka pro účely revize vytvářejí úřední doklad. Ten je v případě výchozí zprávy o revizi uložen  u provozovatele po celou dobu živostnosti zařízení.

• V některých zprávách o revizi není vůbec zmínka, zda svodiče vyhovují dané třídě ochrany před bleskem LPS.

• Základem pro stanovení potřebných parametrů svodičů SPD je analýza rizika škod.

• Při montáži je nutno také dodržovat montážní návody výrobců SPD.

• Použitím svodičů firmy DEHN je splněna podmínka pro třídu ochrany před bleskem:

• LPS I instalací DEHNventilu nebo DEHNvenCI.

• LPS III instalaci DEHNshieldu.

• Všechny výše jmenované svodiče bleskových proudů SPD typu 1+2 – DEHNvenCI, DEHNventil, DEHNshield jsou navzájem energeticky koordinovány s dalšími svodiči SPD typu 2 a 3 řady Red/Line. Každý svodič má svůj zkušební protokol, který dokazuje, že prošel zkouškou v nezávislé laboratoři, a tudíž se nemůže jednat o nějakou maketu nebo levnou kopií.