EL-SOFT: Návrh hromosvodu

V předchozích dvou článcích jsem psal o programu Hromosvody PLUS a o principech. Bez pochopení druhého článku nemá cenu číst tento třetí. Rád bych ukázal na obecný postup při návrhu hromosvodu, lépe řečeno vnějšího LPS. Věřím, že bude následovat článek o návrhu vnitřního LPS. Zrovna se do programu Hromosvody PLUS snažím udělat pomůcku, která by projektanty při návrhu vedla. Ideální by bylo, kdybych do mikrofonu nahlásil adresu objektu a z tiskárny by mi vyjel podrobný návrh. Neobávám se ale, že když ráno otevřu dveře z bytu, tak naproti mne bude zmíněný produkt stát. Nakonec budeme asi muset znovu u všeho používat hlavu. Dokonce bych řekl, že nelze vytvořit pavouka, kterým bych se proklikal k jednoznačnému výsledku. Navrch mají opět lidé, u nichž se snoubí důvtip a schopnost využít každé možnosti z norem. A je to zase tady. Bez času věnovaného studiu jsme ztraceni.

1/ Čím začnu? Nejlépe tím, že zařadím objekt do příslušné třídy LPS.

Cesty jak to udělat jsou dvě, a protože ta jedna těžkopádná, tak zvolím tu podle mne jedinou realizovatelnou. Třídu LPS zvolím zhruba, podle následující tabulky:

Dlužno podotknout, že uvedená tabulka nepochází z norem, takže se s ní budu těžko někde ohánět. Na druhé straně vychází z doporučení firem, které se stavbou fungujících LPS zabývají dlouhodobě, takže bych byl divný, kdybych se zasekl a opíral bych se o svůj úsudek, který nemá základ ve zkušenostech a praxi.
Kdysi bylo k normě ČSN 34 1390 vydáno doporučení ESČ, které po zadání rozměrů stavby a připojených vedení stanovilo příslušnou třídu LPS. Podle normy ČSN EN 62305-2 je to trochu jinak. Podobným způsobem se zadávají rozměry stavby a vedení. Dále se zadává, jaké je okolí stavby, jaké jsou požární a jiné nebezpečí a jaká opatření jsou nasazena proti nim. Dále o jaký druh objektu se jedná, jestli jsou lidé uvnitř a venku, jaká je okolní zem a jaké jsou vnitřní podlahy atd. atd. atd. Je toho dost. Jedním ze vstupních parametrů je také třída LPS. Třída LPS tedy není výsledkem, ale je jedním ze vstupních parametrů pro ocenění rizika stavby. Podrobněji o ocenění (výpočtu – stanovení) rizika až v dalším článku. Pokud výsledek ocenění rizika přesáhne stanovený limit, musíme něco změnit, aby byl výsledek nižší než stanovený. Může se stát, že budeme muset objekt ochránit LPS vyšší třídy, než jsme si původně představovali. Třeba ano a třeba ne. Možná se podaří změnit jiný ze vstupních parametrů a tím skóre zvrátit ve svůj prospěch.
Takže závěr pro volbu třídy LPS je tento: stanovme třídu dle výše uvedené tabulky a potom oceněním rizika potvrďme, že jsme zvolili správně.

2/ Rozhodněme se, jaký typ hromosvodu zvolíme.

Na výběr máme 3 možnosti:

1. izolovaný hromosvod (slovy staré ČSN: ODDÁLENÝ),
2. upevněný na stavbě, ale (vyjma spojení na úrovni terénu) elektricky i prostorově izolovaný od stavby,
3. upevněný na stavbě a spojený s ní doslova: „čím více, tím lépe,“ nebo také: „spoj všechno se vším.“

Nic není černobílé a každá možnost má klady i zápory. Někdy bude situace, kdy zase nemáme na výběr a tím asi lépe. Popíšu jednotlivé volby s klady i zápory.

a) Izolovaný hromosvod (slovy staré ČSN: ODDÁLENÝ)

Výhody:

• zajistí bezpečné svedení bleskového proudu do země, aniž by jakákoliv část bleskového proudu pronikla do stavby
• jednoznačná úspora na systému ochran proti přepětí

Nevýhody:

• náročná realizace – vysoké sloupy přesahující stavbu
• sloupy kolem stavby nevypadají moc dobře, zvláště když se jedná třeba o Národní divadlo
• větší magnetické pole než u systému „spoj všechno se vším“
• magnetické pole o hodně větší v případě použití tyčí, které mezi sebou nejsou propojeny vrchním lanem (nedojde k rozdělení bleskového proudu) a z toho vyplývá, že pokud stavba nemá vytvořeno kvalitní stínění, které by magnetické pole odstínilo, tento typ ochrany není vhodný. Snad s výjimkou, že by se jednalo třeba o tanky. Myslím nádrže, co v nich skladují třeba naftu. Nemyslel jsem tu velkou železnou věc, co střílí.
  Určitě napíšu zvlášť článek s názvem „Zpátky do lavic,“ nebo tak něco podobného a připomeneme si nějaké minimum z minima ze základů elektrotechniky.

Takže kdy ANO:

• Izolovaný (oddálený) vnější LPS by měl být použit v případě, že tepelné a výbušné účinky v místě úderu nebo ve vodičích, které vedou bleskový proud, mohou způsobit škody na stavbě nebo na jejím obsahu (vybavení, zboží atd.) Typickými příklady jsou stavby s hořlavou krytinou, stavby s hořlavými stěnami a s prostředím s nebezpečím výbuchu a požáru.
• Izolovaný vnější LPS by měl být použit, když by průchod bleskového proudu způsobil ve spojených vnitřních vodivých částech škody na stavbě nebo na jejím vnitřním vybavení.

Takže kdy NE:

• jsou použita zařízení citlivá na magnetické pole, které nejsme schopni účinně odstínit

Esteticky lepší, ale v principu stejné řešení je
b) Vnější LPS upevněný na stavbě, ale (vyjma spojení na úrovni terénu) elektricky i prostorově izolovaný od stavby

Výhody:

• zajistí bezpečné svedení bleskového proudu do země, aniž by jakákoliv část bleskového proudu pronikla do stavby
• jednoznačná úspora na systému ochran proti přepětí

Nevýhody:

• náročná realizace – podpěry, které zajistí dodržení dostatečné vzdálenosti mezi jímacím vedením a svody od všech zařízení a stavebních částí, které mají vodivé pokračování do budovy. Tato zařízení mohou být umístěna na střeše, na bocích staveb, nebo také kdekoliv uvnitř staveb
• vyšší podpěry nemusí vypadat dobře
• větší magnetické pole než u systému „spoj všechno se vším“

Takže kdy ANO:

• měl by být použit, když by průchod bleskového proudu způsobil ve spojených vnitřních vodivých částech škody na stavbě nebo na jejím vnitřním vybavení

Takže kdy NE:

• jsou použita zařízení citlivá na magnetické pole, které nejsme schopni účinně odstínit
• nejsme schopni zajistit dostatečnou vzdálenost mezi jímací soustavou a svody od všech zařízení a stavebních částí, které mají vodivé pokračování do budovy

c) Vnější LPS upevněný na stavbě, vodivě spojený se zařízeními i stavbou

Výhody:

• často finančně nejlevnější realizace
• velmi často lze využít vodivé části stavby jako náhodné jímače a svody
• nemusíme dodržovat dostatečné vzdálenosti, řídíme se pravidlem: „spoj všechno se vším“
• mnoho paralelních cest svodu bleskového proudu do země, z čehož plyne podstatné zmenšení magnetických polí, které se mezi sebou ještě navzájem mnohdy ruší. Vytvoříme tak systém podobný Faradayově kleci

Nevýhody:

• část bleskových proudů může téci po vedeních zařízení umístěných na střeše nebo na bocích staveb
• část bleskových proudů může téci po vodivých částech stavby (konstrukce, krytiny atd.)
• možná bude vyžadován nákladnější systém přepěťových ochran a to jak finančně, tak co se týče požadavků na realizaci

Takže kdy ANO:

• nejsme schopni zajistit dostatečnou vzdálenost mezi jímací soustavou a svody od všech zařízení a stavebních částí, které mají vodivé pokračování do budovy
• chceme jako jímače nebo svody využít náhodné části stavby nebo některá zařízení
• vytvoření jímače, který by byl účinný a zároveň dostatečně vzdálený je finančně příliš náročné
• primárním požadavkem je co nejmenší magnetické pole a to nejsme schopni zajistit pomoci účinného stínění

Takže kdy NE:

• není přípustné, aby části bleskového proudu běhaly po el. vedeních nebo po vodivých částech stavby

3/ Navrhněme jímací soustavu

Máme tři typy jímačů a tři metody návrhu.

Typy jímačů:

• tyč nebo soustava tyčí
• podélné vedení nebo zavěšené lano
• mřížová soustava

Metody návrhu:

• metoda valící se koule
• metoda ochranných úhlů
• vytvoření mříže

a/ Metoda valící se koule:

Klady:

• je univerzální – vždy platná
• je základem ostatních metod (její pochopení umožňuje správně používat ostatní metody)

Zápory:

• těžkopádná použitelnost v praxi

b/ Metoda ochranného úhlu:

Klady:

• snadná aplikace jak na výkrese, tak na střeše

Zápory:

• lze ji aplikovat jen do omezené výšky (LPS I – 20m; LPS II – 30m; LPS III – 45m; LPS IV – 60m)
• u soustavy tyčí nespojených horním zavěšeným lanem, vzniká shora průnik do ochranného prostoru

c/ Metoda mřížové soustavy:

Klady:

• jasně stanovené rozměry ok mříže, bez nutnosti výpočtů a ověřování (LPS I – 5m; LPS II – 10m; LPS III – 15m; LPS IV – 20m)

Zápory:

• využívá se zpravidla jen na ochranu rovinných ploch (lze ji využít i u střech se sklonem a to s tím, že není potřeba instalovat horizontální vodiče*, vyjma vedení po hřebeni)
• největší spotřeba materiálu

*Instalace dalších horizontálních vodičů (které zpravidla nahrazuje připojení okapových žlabů je výhodné v případě izolovaného hromosvodu, neboť připojením dalších horizontálních vodičů vychází menší dostatečná vzdálenost „s.“

Norma nepreferuje žádnou z metod před jinou. Rovněž neupřednostňuje jeden typ jímače před jiným.
Jímač náhodný nebo strojený?

Náhodný ANO:

• je schopen odolat úderu blesku (viz tab. 3 (4 až 7mm))
• nevadí jeho propálení (viz tab. 3 (0,5 až 0,7mm)) – „nevadí“ znamená, že nevadí zatékání propáleným otvorem a navíc pod jímačem nesmí být hořlavé materiály (dřevěné desky apod.)
• realizujeme hromosvod typu: „spoj všechno se vším,“

Náhodný NE (takže strojený):

• náhodný neodolá úderu, nebo vadí-li propálení
• realizujeme „izolovaný“ hromosvod

Při realizaci izolovaných typů hromosvodu (opak „spoj vše se vším“) vždy kontrolujeme dodržování dostatečné vzdálenosti k vnějším i vnitřním se stavbou spojeným zařízením a částem stavby. Na začátku návrhu stanovíme dostatečnou vzdálenost orientačně. Vždy třeba pro polovinu výšky budovy, pro výšku po začátek střechy a pro hřeben. Po definitivním návrhu svodů je potřeba dostatečné vzdálenosti vypočíst přesně a provést kontrolu jejich dodržování.
Dále podle normy 3 čl. 5.2.4 a příloha E čl. 5.2.4 zvolte provedení podpěr vedení.

4/ Navrhněme svody

Návrh je jasný, co se týče počtu svodů. LPS I – svod co 10m; LPS II – co 10m; LPS III – co 15m; LPS IV – co 20m.

Svody náhodné nebo strojené?

Náhodné svody – klady:

• levné řešení, stačí dbát na provedení spojů na jímač a zemnič
• často mnohem lepší rozdělení bleskového proudu, z čehož plyne vznik menších magnetických polí

Náhodné svody – zápory:

• zpravidla je nelze elektricky a prostorově oddělit od budovy – nelze dodržovat dostatečnou vzdálenost (používají se především u hromosvodu typu „spoj všechno se vším“)
• je potřeba mít pod kontrolou provedení jejich případných spojů a to hlavně během výstavby (kapitola sama o sobě je využití armování u železobetonových konstrukcí)

Strojené svody – klady:

• lze mít pod kontrolou cestu bleskového proudu
• zpravidla jediný způsob, jak realizovat izolované typy hromosvodu

Strojené svody – zápory:

• finančně náročné
• často horší rozdělení bleskového proudu a tím vznik silných magnetických polí
• nutnost ošetřit svody, kolem kterých chodí lidé (viz normu 3 čl. 8)

5/ Navrhněte uzemnění

Jsou 3 typy strojených zemničů:

• typ A - hloubkový, zpravidla tyč nebo tyče připojené ke každému svodu
• typ B - kruhový, což znamená uzavřený prstenec 1 metr od základu, 0,5 metru v zemi vedený kolem celého obvodu stavby
• typ B - základový, což je prstenec nebo mříž, obojí zalito v betonových základech stavby

Lze také využít náhodné zemniče, což je většinou ocelové armování v základovém betonu.

Pokud to lze, zvolte typ B. Na jeho straně jsou všechny výhody. Typ B je důrazně doporučován pro skalnaté podloží a pro stavby s větším množstvím elektronických systémů nebo s vysokým nebezpečím požáru.

Zemnič strojený nebo náhodný?

Strojený – klady:

• plná kontrola rozměrů a spojů

Strojený – zápory:

• vyšší cena

Náhodný – klady:

• levný

Náhodný – zápory:

• při realizaci stavby je náročné kontrolovat kvalitu spojů (bližší požadavky viz v normě 3 čl. 5.4.4 a E.4.3.9 pro stavby z železobetonu a E.5.4 obecně)

Myslím, že je toho poměrně dost, a proto už skončím. V dalším článku se pokusím předložit různé varianty, které jsou v dispozici při navrhování vnitřního LPS. Smyslem těchto článků je poskytnout přehled možností, ukázat co se musí, co se doporučuje, co je výhodné a co je jen otázka vkusu.