Príčiny vzniku prepätí

Príčiny vzniku prepätí spôsobených atmosférickými výbojmi (LEMP) možno ďalej rozdeliť do dvoch skupín:

• Prepätia, ktoré vznikajú následkom blízkeho alebo priameho úderu blesku. Sú to údery blesku do vedení nízkeho napätia alebo do sústavy ochrany pred bleskom. Nimi vyvolané impulzné prúdy a impulzné napätia predstavujú vzhľadom na ich amplitúdu a ich energetický obsah najväčšie ohrozenie pre chránený systém.
• Prepätia spôsobené vzdialeným úderom blesku. Vzdialenými údermi blesku sú údery vo väčšej vzdialenosti od chráneného objektu, ktoré priamo zasiahnu rozvodnú sieť vysokého napätia, alebo údery medzi mrakmi či údery do blízkosti rozvodnej siete vysokého napätia s následnými šíriacimi sa vlnami prepätia.

Obr.1 - Galvanická väzba – bleskové napätie v budove
 

Spínacie prepätia (SEMP) majú predovšetkým tieto príčiny: vypínanie indukčných záťaží (napr. transformátorov, motorov, tlmiviek či regulátorov), ktoré ležia paralelne k zdroju napätia, zapínanie a vypínanie žiariviek, zapaľovanie a zhasínanie elektrického oblúka (napr. oblúkovej zváračky), pripájanie a odpájanie káblov a vedení naprázdno, odskakovanie na mechanických kontaktoch, odpínacie pochody v plynom izolovaných kompaktných rozvodniach (rozvodne SF6).

Ochranné opatrenia

Pojem „ochrana pred prepätím“ zahŕňa všetky opatrenia proti vplyvom bleskového prúdu a jeho elektrických a magnetických polí na kovové inštalácie a elektrické sústavy a zariadenia v budove. Jadrom vnútornej ochrany pred bleskom je vyrovnávanie potenciálov v ochrane pred bleskom. To znižuje rozdiely potenciálov (vzniknutých tokom bleskového prúdu) medzi kovovými inštaláciami vnútri budovy a aktívnymi vodičmi do budovy vchádzajúcich a z budovy vychádzajúcich energetických a informačno-technických vedení.

Pri komplexných sústavách (napr. výpočtových strediskách) s rozsiahlymi informačno-technickými zariadeniami sa ukázalo, že len vonkajšia ochrana pred bleskom (bleskozvod) neposkytuje dostatočnú ochranu. V súbore noriem STN EN 62305 sa preto pri projektovaní preferuje koncept zón bleskových ochrán EMC.

Základ konceptu zón ochrany pred bleskom orientovaného na EMC spočíva v spojení miestností s rovnakým elektromagnetickým potenciálom ohrozenia. Zároveň sa koordinovane ošetria prepätia vznikajúce v dôsledku úderu blesku (LEMP). Predpokladom pri definovaní zón ochrán pred bleskom orientovaných na EMC je možnosť odtienenia miestnosti. To možno dosiahnuť spojením kovových fasád a armovaním na vytvorenie tieniacich klietok. Použitie výstužových ocelí na odtienenie miestnosti predstavuje veľmi významné opatrenie, ktoré však musí byť spracované už pri projektovaní a počas výstavby musí byť neustále kontrolované. Oblasti z vonkajších strán budovy, v ktorých nie je možný priamy úder blesku, sa označujú ako zóny bleskovej ochrany LPZ 0B. Zvyšný vonkajší priestor sa definuje ako zóna bleskovej ochrany LPZ 0A. Tu sú možné priame údery blesku.

Obr.2 - EMC – Koncepcia zón bleskovej ochrany podľa EN 62305
 

V zónach bleskovej ochrany LPZ 0A a LPZ0B sa vyskytujú netlmené elektromagnetické polia blesku. Na rozhraní medzi LPZ 0A a 1 je nutné zahrnúť všetky vchádzajúce a vychádzajúce vedenia do vyrovnávania potenciálov v ochrane pred bleskom pomocou zvodiča bleskových prúdov TYP 1. Pri elektrických vedeniach, ktoré vstupujú z LPZ 0B do LPZ 1, je nutné zahrnúť živé vodiče do potenciálového vyrovnávania cez zvodiče prepätia typu 2.

Pri každom ďalšom rozhraní zón vnútri chránenej budovy treba zriadiť ďalšie miestne vyrovnávanie potenciálov, do ktorého sa zahrnú všetky kovové vedenia a inštalácie, ktoré toto rozhranie zón prekračujú. Napokon treba medzi sebou prepojiť miestne ekvipotenciálne prípojnice s ekvipotenciálnou prípojnicou ochrany pred bleskom. Tlmenie elektromagnetického poľa na každom prechode LPZ predstavuje pri využití výstužovej ocele cca 30 dB (t. j. už len 1/3 pôvodnej sily elektromagnetického poľa, z LPZ 0A sa nachádza v LPZ 1). Spínacie prepätia môžu vniknúť z LPZ 0A alebo LPZ 0B, alebo môžu vzniknúť v LPZ 1 a vyšších (napr. zapínaním žiariviek). Elektromagnetické rušenia spôsobené spínacími pochodmi v silnoprúdových zariadeniach sú spravidla častejšie ako rušenia spôsobené bleskom. Pri prechode vedení na každom rozhraní zón bleskových ochrán vnútri chránenej sústavy treba aktívne žily chrániť pripojením k miestnemu vyrovnávaniu potenciálov cez zvodiče prepätia. Zvodiče prepätia treba usporiadať kaskádovito, podľa ich zvodových schopností a ochrannej úrovne (koncept zón bleskových ochrán – pozri obr. 2)

Ochrana pred prepätím

Pri projektovaní ochrany pred prepätím v budovách bez účinného odtienenia miestností treba dbať na to, aby bola aj pri priamych úderoch do sústavy ochrany pred bleskom, do susednej budovy alebo do vstupujúcich vedení zabezpečená koordinácia izolácie nízkonapäťovej sústavy.

Obr. 1 a 2 ukazujú, ako môžu vzniknúť nebezpečné prepätia na zariadeniach, ktoré sú pripojené na dve rozličné siete (napr. počítač, fax, televízne prijímače), v budovách bez odtienenia a pri zlom vedení vodičov. Tu sú potrebné prídavné prepäťové ochrany na vstupoch do zariadení.

Aby bolo možné nájsť technicky a ekonomicky vyvážený koncept ochrany, je potrebná spolupráca odborníkov zo stavebnej a inštalačnej oblasti, z oblasti dátových a napájacích sietí a odborníkov z oblasti ochrany pred bleskom a prepätím už vo fáze projektovania.

Vyrovnávanie potenciálov v ochrane pred bleskom podľa STN EN 62305

V STN EN 62305 je vyrovnávanie potenciálov v ochrane pred bleskom pre všetky zvonku vstupujúce vodivé systémy (napr. kovové potrubia, napájacie a dátové siete atď.) nevyhnutne predpísaný. Táto požiadavka je v novej norme oveľa podrobnejšie opísaná a predstavuje záväznú požiadavku. Požiadavka potenciálového vyrovnávania v ochrane pred bleskom je splnená priamym pripojením všetkých kovových systémov a nepriamym pripojením všetkých systémov, ktoré sú v prevádzke pod napätím, cez zvodiče bleskových prúdov typu 1 (obr. 3).

Obr.3-Vyrovnanie potenciálov v ochrane pred bleskom pre vstupujúce vedenia
 

Vyrovnávanie potenciálov treba vykonávať čo najbližšie k miestu vstupu do budovy. Ak vodiče nie sú tienené, alebo ak nie sú uložené v kovovom potrubí, potom musia byť všetky vodiče siete pripojené priamo alebo nepriamo. Vodiče pod napätím treba spojiť so sústavou ochrany pred bleskom cez zvodiče typu 1. V systémoch TN treba spojiť vodiče PE alebo PEN priamo so sústavou ochrany pred bleskom."

Zvodiče, ktoré sa použijú, treba zvoliť podľa parametrov bleskového prúdu určenej triedy ochrany pred bleskom.

Výrazne sa zdôrazňuje vykonávanie potenciálového vyrovnávania v ochrane pred bleskom čo najbližšie k miestu vstupu do budovy. Realizáciou tejto požiadavky sa zabezpečí, že do budovy sa nedostane žiadny čiastkový bleskový prúd a nespôsobí neprípustné rušenia na iných elektrických systémoch. V narastajúcej miere preto energetické závody na požiadanie povoľujú použitie zvodičov na báze iskriska (nie varistorové!!!) v priestore pred elektromerom.

Literatúra

• [1] DEHN + SÖHNE, www.dehn.sk