Jaký problém řešíme? Ten základní: provozuschopnost instalace a elektroniky v budově po úderu blesku. Neporovnáváme účinnosti konvenčních a nekonvenčních jímačů, vezměme za důležitější „rozptýlení“ proudu po výboji blesku do dílčích cest – takových, že intenzita dílčích proudů se octne pod rizikovou mezí. Normativní přílohy A až E verze NFC 17102:2011 i relativně nová norma STN 341398:2014 definují sadu nových požadavků takových, že se přístup těchto národních norem blíží definici rizika a požadavkům na postupy jeho omezení podle předpisu EN 62305. To by mělo zásadně změnit pohled projektanta – tím, že jsou ve standardech národních i ve standardu mezinárodním použity obdobné principy stanovení rizika i postupy jeho omezení. Norma STN EN 62305 je v dostatečném povědomí elektrikářů, v dalším proto budou použity pouze výňatky z českého překladu NFC 17102:2011 a ilustrace instalací podle norem pro alternativní hromosvody z veřejných zdrojů – blízkost s řešeními svodů, ochranného prostoru a další požadavků podle ČSN ponechme na posouzení čtenářem.

Požadavek spolehlivé budovy stanoví také podmínku dobrého vyrovnání potenciálu a vzájemné součinnosti vnějšího a vnitřního hromosvodu, soustavy pro vyrovnání potenciálu a ochranné soustavy před nebezpečným dotykovým napětím, plus návaznost svodičů přepětí v informačních a sdělovacích obvodech na vnitřní hromosvod a ochranu před přepětím v instalaci napájení objektu. Jako určující jsou zákonem a prováděcí vyhláškou dány normy STN 33 2130 (plus TNI 33 2140), STN EN 62305, dále pak STN EN 50310, STN EN 50173 a STN EN 50174. Výběr ochranných opatření proti bleskem indukovanému přepětí a požadavků na instalaci zařízení pro ochranu před přepětím musí být proveden v souladu s řadou STN 332000 a souborem EN 61643/IEC 61643.

Pokud se hovoří o tom, že požadavky normy nejsou závazné, znamená to – požadavky norem nemusí být splněny, pokud existuje podstatná inovace, která představuje pokrok, a normy ji ještě nestačily zapracovat.

S použitím veřejně přístupného překladu normy NFC 17-102:2011 – v normě je uvedeno: „Potřeba ochrany je dána mnoha parametry včetně hustoty blesků v dané oblasti. Návrh analýzy rizik je uveden v Příloze A. … K rozhodnutí o přijetí ochranných opatření z jiných než statistických důvodů mohou vést i další úvahy – například závazné předpisy nebo personální aspekty, protože některé faktory nelze odhadnout: například přání na vyloučení ohrožení života nebo zajištění bezpečnosti obyvatel budovy mohou vyžadovat použití ochrany i v případě, že kalkulované riziko je pod přijatelnou úrovní. … Mohou být použity různé normativní dokumenty poskytující metody analýzy rizik.“

V odstavci 4.12 na straně 11 překladu je obrázek (obr. 1) s prvky systému ochrany proti blesku, na kterém je uvedeno spojení hromosvodných svodů na základový zemnič a soustavu vyrovnání potenciálu, vyrovnání potenciálu v jednotlivých podlažích a u linií vedených mezi více podlažími, stejně jako vyrovnání potenciálu mezi kovovými částmi stavby.

V odstavci 5.1. je stanoven rozsah návrhu ochrany proti blesku: „Návrh se provede podle požadované úrovně ochrany proti blesku, s určením umístění jímače bleskosvodu, tras svodů a umístění a typu zemnícího systému.

Návrh bude založen na dostupných údajích a bude zahrnovat následující:

  • tvar a sklon střechy
  • materiál střechy, stěn a vnitřních konstrukcí
  • kovové střešní prvky a důležité externí kovové prvky (plynovody, klimatizační zařízení, žebříky, antény, vodní nádrže…)
  • okapní žlaby a dešťové odpady
  • vyčnívající části konstrukcí a jejich materiál (vodivý/nevodivý)
  • nejzranitelnější části konstrukce: za zranitelné se považují vyčnívající části (věžičky, korouhvičky, ostré objekty, komíny, okapní žlaby, nároží a hřebeny, kovové objekty (odsavače vzduchu, lávky na čištění oken, zábradlí, fotovoltaické panely (UTE C15-712-1),balustrády…), schodiště, technické nástavby na plochých střechách…
  • umístění kovových vedení (vodovod, elektro, plyn…)
  • překážky, které mohou ovlivnit trajektorii blesku (venkovní elektrická vedení, kovové ploty, stromy…
  • charakteristiky okolního prostředí, které může mít korozivní účinky (slané prostředí, petrochemické závody, cementárny…
  • přítomnost hořlavých materiálů nebo citlivých zařízení (počítače, elektronická zařízení, cenné nebo nenahraditelné předměty…).“

Odstavec 5.3. uvádí: „Co se týče neizolovaných svodů systému ESE, každý ESEAT musí být připojen minimálně ke dvěma svodům. Pro lepší rozdělení proudu by – kromě případu vyšší moci – měly být dvě trasy k uzemnění umístěny na dvou různých fasádách. Nejméně jedna z nich musí být specifický svod vyhovující EN 50164-2, protože přirozené prvky mohou být modifikovány nebo odstraněny bez respektování toho, že náleží k systému ochrany proti blesku. Jestliže je na stejné budově umístěno více ESEAT, pak svody mohou být společné, pokud vypočtená bezpečná vzdálenost pro celý systém tento počet umožňuje. … Počet specifických svodů podle EN 50164-2 musí být minimálně roven počtu ESEAT na budově. Bezpečná vzdálenost umožňuje stanovit počet potřebných svodů a rovněž možnost použití společných svodů. Zvýšení poštu svodů pak umožňuje snížit bezpečnou vzdálenost.“

„Kostelní věže, věže, minarety a zvonice mohou být snadno zasaženy bleskem vzhledem k jejich výčnělkům a výšce. Hlavní výčnělek (výčnělky) mají být chráněny pomocí ESEAT připojených k zemi prostřednictvím přímého svodu vedeného podél hlavní věže. Druhý svod sledující hřeben hlavní chrámové lodě musí být realizován, pokud je hlavní výčnělek (výčnělky) vyšší než 40 m. Pokud je na konci chrámové lodě umístěn nekovový kříž nebo socha, pak takovýto předmět musí být opatřen jímačem bleskosvodu. Oba zemnící systémy ESE bleskosvodu a elektrické zemnění musí být vzájemně propojeny zemnícím vodičem.

Elektrické napájení musí být chráněno proti přepětí pomocí svodičů přepětí v souladu s EN61643-11 a TS 61643-12.“

Zde je možno chápat požadavek nejméně dvou svodů na jeden jímač jako požadavek zaručení funkčnosti hromosvodu při přerušení jednoho ze svodů. Větší počet svodů na jeden jímač není omezen, naopak je uvažován jako prostředek ke snížení bezpečného odstupu. Praxe ukazuje řešení ochrany církevní stavby více jímači a rozptýlením proudu blesku (obr. 2) – zdroj: AMPER Elektrik

Články 5.4, 5.5 a 5.6 normy stanoví: „Interní systém … musí zabránit výskytu nebezpečného jiskření v chráněné stavbě vznikajícího jako důsledek proudu blesku protékajícího v externím systému … nebo v ostatních vodivých částech stavby. Nebezpečné jiskření může vzniknout mezi externím systémem … a následujícími komponenty: kovovými instalacemi, interními systémy, externími vodivými součástmi a vedeními připojenými ke konstrukci….

Nebezpečné jiskření různými součástmi lze eliminovat pomocí:

  • ekvipotenciálního pospojení podle 5.5, nebo
  • elektrické izolace mezi součástmi podle 5.6.

Vyrovnání potenciálu je dosaženo propojením systému … s:

  • kovovými konstrukčními díly;
  • kovovými instalacemi;
  • interními systémy;
  • externími vodivými součástmi a vedeními připojenými ke konstrukci.

Když je provedeno ekvipotenciální pospojení proti blesku k interním systémům, část proudu blesku může protékat do takovýchto systémů a tento efekt je nutné vzít v úvahu….

K propojení mohou být použity následující prostředky:

  • pospojovací vodiče, tam kde není zajištěna elektrická kontinuita přirozeným pospojením;
  • ochranná zařízení proti rázovým impulsům (SPD) tam, kde přímé propojení s pospojovacími vodiči není proveditelné….

Způsob, jakým je docíleno ekvipotenciální pospojení, je důležitý a musí být projednán s provozovatelem telekomunikační sítě, provozovatelem elektrické sítě, a ostatními provozovateli nebo dotčenými úřady, protože zde mohou existovat protichůdné požadavky. SPD musí být instalovány tak, aby byla možná jejich kontrola….

Ekvipotenciální pospojení proti blesku pro interní systémy: Bezpodmínečně musí být instalováno ekvipotenciální pospojení proti blesku. Pokud vodiče interních systémů jsou stíněné nebo umístěné v kovových instalačních trubkách, může být postačující pospojení pouze těchto stínění a instalačních trubek. Pokud vodiče interních systémů nejsou stíněné ani umístěné v kovových instalačních trubkách, musí být pospojení prostřednictvím SPD. V TN systémech musí být vodiče PE a PEN pospojeny k systému … přímo nebo prostřednictvím SPD. … Pokud je požadována ochrana interních systémů proti rázovým impulsům, použije se „koordinovaný systém SPD“ vyhovující požadavkům EN 61643-11 a TS 61643-12. … Musí být instalováno ekvipotenciální pospojení proti blesku pro elektrická a telekomunikační vedení.

Veškeré vodiče každého vedení musí být pospojeny přímo nebo prostřednictvím SPD. Živé vodiče smí být připojeny pouze k sběrnici vyrovnání potenciálu prostřednictvím SPD. V TN systémech musí být vodiče PE a PEN pospojeny přímo nebo prostřednictvím SPD k sběrnici vyrovnání potenciálu. Pokud jsou vedení stíněná nebo umístěná v kovových instalačních trubkách, provede se pospojení těchto stínění a instalačních trubek….

Ekvipotenciální pospojení proti blesku pro stínění kabelů nebo instalační trubky se provede co nejblíže k bodu, kde vstupují do chráněné stavby. Pokud je požadována ochrana interních systémů připojených k vedením vstupujícím do budovy proti rázovým impulsům, použije se „koordinovaný systém SPD“ vyhovující požadavkům EN 61643-11 a TS 61643-12….

Elektrická izolace mezi jímačem bleskosvodu a kovovými částmi konstrukce, kovovými instalacemi a interními systémy může být zajištěna poskytnutím bezpečné vzdálenosti mezi částmi. …

Všechny zemnící systémy stejné budovy musí být vzájemně propojeny. Pokud má budova nebo chráněný prostor základový zemnící systém pro elektrické systémy, pak s ním musí být systémy zemnících desek systému ESE propojeny pomocí standardního vodiče (viz EN 50164-2).
V případě nových instalací toto musí být respektováno již ve fázi projektu, a propojení se základovým zemnícím okruhem musí být provedeno před každým svodem pomocí zařízení, které může být odpojeno a je umístěno před kontrolní svorkou. V případě stávajících budov a instalací musí být provedeno přednostně spojení se zakopanými částmi a musí existovat možnost jeho odpojení pro účely kontroly. V případě propojení provedeného uvnitř budovy musí trasa pospojovacího kabelu vyloučit indukce v kabelech a okolních objektech.

Pokud je do chráněné oblasti zahrnuto několik separátních objektů, pak zemnící systém … musí být pospojen k zakopané ekvipotenciální zemnící síti, která propojuje veškeré stavby….“

„Anténa na střeše budovy zvyšuje pravděpodobnost zásahu blesku a je prvním zranitelným prvkem, který bude pravděpodobně zasažen výbojem blesku. Nosný stožár antény musí být pomocí vhodného vodiče spojen přímo nebo prostřednictvím SPD nebo izolovaného jiskřiště se systémem ochrany proti blesku, pokud anténa není vně chráněné oblasti nebo na jiné střeše. Koaxiální kabel musí být chráněn pomocí ochranného zařízení proti rázovému impulsu.“

Zde norma nestanoví podrobnější opatření, kromě určení minimálního přesahu jímače nad anténou.

„Nádrže obsahující hořlavé kapaliny musí být uzemněny. Takovéto uzemnění však nemusí poskytovat adekvátní ochranu proti atmosférickým výbojům. Z tohoto důvodu je nutno provést důkladný dodatečný průzkum. ESEAT musí být umístěny vně bezpečné oblasti, ve větší výšce než chráněné instalace. Jestliže je to možné, svody musí být uloženy vně bezpečné oblasti. Pokud toto není proveditelné, je třeba věnovat speciální péči vyloučení vzniku elektrického oblouku.“

Standard NFC 17-102 neřeší detailně problematiku potrubí, nádrží, specifiku skladů hořlavin a explozivních materiálů, opatření snižujících riziko požáru nebo exploze. Také zde je důležité doporučit využití podrobnějších norem, zařazených v systému evropské normalizace.

Důležité je uvědomit si, že příloha A uvedené francouzské normy je vedena v rámci tohoto standardu jako normativní, tedy povinná. Na celkem 26 stranách se věnuje analýze rizik, od vysvětlení pojmů, definicí škod a ztrát, zdrojů škod a ztrát, přes definici rizika a jeho složek podle druhu zásahu blesku, řízení rizika, posouzení složek rizika podle prostředí, stavby a prostoru ohrožení, sběrných ploch, škodních koeficientů a pravděpodobností ztrát podle jednotlivých typů rizika. Norma ve své příloze A používá výpočet rizika s výsledky velmi blízkými stanovení rizika podle STN EN 62305, prakticky stejné jsou vzorce výpočtu bezpečných vzdáleností. Norma STN EN 62305 ale nabízí pro jednotlivá rizika možnosti jejich omezení pod únosnou mez.

Otázku odvodu bleskových proudů, jejich rozdílení do jednotlivých svodů, otázku přeskoků a bezpečných vzdáleností by projektant měl řešit v souladu s normou STN EN 62305, která se těmto otázkám věnuje v podstatně větším rozsahu. Předkládá návod, jak postupovat v případě ohrožení objektu, jeho vybavení, osob a živočichů v objektu a jeho blízkosti, stejně jako kulturních, historických, ekonomických hodnot. Normy stanoví požadavky na soustavy uzemnění a pospojování u budov, v rámci kterých se připouští, že uzemňovací soustavou se nevyhnutelně šíří bludné proudy, na stavbě není možné odstranit všechny zdroje rušení, jsou nevyhnutelné uzemňovací smyčky. Normy doporučují zavedení síťové uzemňovací soustavy typu D, tedy pospojování ve všech kříženích sítě a mezi sítí a zařízením.

Při výběru systému pro vedení kabelů se bere v úvahu intenzita elektromagnetických polí podél trasy, dovolené úrovně vedených a vyzařovaných emisí, typ kabeláže, kategorie symetrických kabelů, kvalita pospojování k vyrovnání potenciálů v budově, odolnost zařízení připojených k systémům kabeláže informačních technologií a ostatní omezení prostředím (vlivy chemické, mechanické, klimatické, požární atd.). Směšování nestíněných a stíněných součástí v kanálu může způsobit, že přenosové vlastnosti budou nepříznivě ovlivněny a budou realizovány pouze v souladu s pokyny výrobců a dodavatelů. Při návrhu instalace se musí zvážit, že stínění kabeláže má vliv na elektromagnetické vlastnosti stíněné kabeláže. Připojeni zařízeni na instalovanou stíněnou kabeláž, která byla uzemněna pouze na jednom konci, může mít za následek patřičné uzemnění na obou koncích. Elektromagnetické stínění u kovových nebo kompozitních systémů pro vedení kabelů, které jsou uplatňovány zvláště pro poskytnutí stínění kabelů informačních technologií, v nich uložených.

Doporučuje se, aby vodiče pospojování byly připojeny mezi vodivými systémy pro správu kabeláže a vodiči pro kruhové pospojování. Místní síťovou uzemňovací soustavu užijeme instalovanou jak v rámci hvězdicové, tak i kruhové uzemňovací soustavy. Tyto uzemňovací soustavy vytvářejí místní síťové izolované soustavy pospojování (MESH-IBN). Mezi místní síťovou uzemňovací sítí a hlavní soustavou vyrovnání potenciálu zahrnující hlavní ochrannou svorku musí být spojení. U sítě vyrovnání potenciálu se ve velkých nebo veškerých prostorách budov vyžaduje síťová uzemňovací soustava (MESH-BN), která poskytuje elektricky spojitou uzemňovací soustavu s nízkou impedancí. Podrobné příklady zásad provedení MESH-BN uvádí třeba ETSI EN 300 253.

Elektromagnetické rušení v nechráněném místě nebo požadavek bezpečnosti informací si může navíc vyžádat zajištění stíněných místností, jako další požadavek k soustavě vyrovnání potenciálu. Aby bylo dosaženo vyhovujících vlastností, může být požadována plocha s referenčním potenciálem soustavy (SRPP). Uzemnění a pospojování instalovaných částí elektricky vodivého nosného systému musí být v souladu s STN EN 50174. Umístění tras by se mělo maximální měrou vyhnout místním zdrojům tepla, vlhkosti nebo vibrací, které zvyšují riziko poškození konstrukce kabelu nebo změnu jeho provozně-technických vlastností. Trasy by neměly být ukládány v prostorách pro hromosvod a ve výtahových šachtách. Kde jsou nezbytné skryté trasy, je upřednostněna jejich horizontální nebo vertikální orientace. Kabely, které se instalují jako záložní, by měly být uloženy v oddělených trasách.

Požadavky na odstup jsou zadány s ohledem na elektromagnetické rušení (EMI). Místní předpisy pro bezpečnost mohou obsahovat rozdílné požadavky na odstup. Za těchto okolností má bezpečnost nejvyšší prioritu, ale více naléhavé požadavky musí mít přednost.

Kabely rozvodů napájení a kabely informačních technologií nesmějí být ve stejném svazku. Rozdílné svazky musí respektovat požadavky na odstup. Kde procházejí kabely rozvodů napájení požární přepážkou je možné snížit požadavky na odstup za předpokladu, že celková vzdálenost, na které se vyskytne snížení odstupu, není vyšší než je tloušťka požární přepážky plus oboustranně 0,5 m a že kabely informačních technologií a kabely napájení jsou uloženy v oddělených nosných systémech.

Požadavky na odstup musí být uplatněny tam, kde je kabeláž informačních technologií instalována v blízkosti vyjmenovaných zdrojů EMI. Odstup metalické kabeláže informačních technologií a kabeláže rozvodů napájení za předpokladu smíšeného ložení stíněných a nestíněných kabelů stanoví s požadavky a doporučeními na nestíněné a stíněné kabely v souladu se souborem STN EN 50288 společně s ostatními symetrickými a nesymetrickými kabely (včetně koaxiálních). Tam, kde je to vhodné, jsou požadavky a doporučení konkrétní ke specifikacím zvláštních kabelů. Požadavky na minimální odstup se uplatňují ve třech dimenzích. Při křížení kabelů informačních technologií s kabely rozvodů napájení musí být dodržen úhel jejich křížení na 90° na jedné straně křížení a na vzdálenost, která není menší než je příslušný požadavek na minimální odstup.

Tento příspěvek neřeší problematiku činnosti alternativních jímačů. Jeho účelem je nabídnout řešení prevence nebo podstatného omezení problémů, vzniklých po kterémkoli z možných případů úderu blesku – přímých nebo blízkých, do objektu, do vedení nebo do země, ale také například problémů spojených s indukcí od výboje mezi oblaky – příklad problému uvádí například IEC 61643-12 v příloze C.

Použité prameny: www.amper.com.tr, www.schirtec.at, www.erico.com, NF-C 17 102:2011, Jirků, J., Popolanský, F.,: Atmosférická přepětí v rozvodu elektrické energie, veřejně přístupné informace Unie soudních znalců, veřejně přístupné informace APPO.

Ing. Edmund Pantůček
znalec v oboru elektrotechnika,
člen Komory soudních znalců a EUROEXPERT