Jaké hromosvody se používají k vytvoření ochranných zón?

Během bouřky mohou být všechny budovy, zvláště pokud jsou vyšší než okolní budovy, zasaženy bleskem. Úder blesku na střechu domu povede k hrozným následkům – požáru, zničení konstrukcí a dokonce i smrti. Systém ochrany před bleskem pomůže předejít katastrofě.

Moderní pasivní systém ochrany před bleskem obsahuje tři komponenty: bleskosvod (aka hromosvod nebo hromosvod), sestupné vodiče и zemnící elektroda.

Princip činnosti je následující: hromosvod přijme výboj blesku, přenese jej na svody a ty nasměrují náboj do uzemňovacího zařízení, které jej vybije do země pro bezpečný rozptyl. Návrh systému hromosvodu je upraven dvěma hlavními dokumenty – SO 153-34.21.122-2003 „Pokyny pro instalaci ochrany před bleskem budov, staveb a průmyslových komunikací“ a RD 34.21.122-87 „Pokyny pro instalaci ochrany budov a staveb před bleskem“.

Bleskosvod

Vyrobeno z oceli, hliníku nebo mědi. Konstrukčně se dělí na dva typy – tyče a pletiva.

První typ hromosvodu – tyč – sestává z jedné nebo více kovových tyčí, které se tyčí nad střechou a vytvářejí kolem sebe ochrannou zónu.

Průměr hromosvodu přímo závisí na materiálu výroby. U mědi a hliníku by toto číslo mělo být alespoň 10 mm, u oceli – od 6 mm.

Ochrannou zónou tyčového zařízení je kužel, jehož výška a poloměr základny jsou vypočteny v souladu s regulačními dokumenty, které jsme uvedli výše. Výška tyčí u chaty zpravidla nepřesahuje 4 m Na šikmé střeše se takové hromosvody instalují na všechny prvky vyčnívající nad střechu o více než 1 m a především na komíny. Parametry tyče a místo jejího uchycení jsou voleny tak, aby celá konstrukce potrubí nutně spadala do její ochranné zóny, ale zároveň nebyla příliš vysoká a nekazila vzhled střechy.

Pokud je střecha z keramických nebo cemento-pískových tašek, lze k hřebeni upevnit hromosvody do výšky 1 m pomocí speciálních příchytek. Tyče jsou také připevněny k fasádě budovy.

Je zřejmé, že jedna nebo více tyčí (v přiměřeném počtu) může chránit pouze potrubí a část střechy. Proto se obvykle kombinují se zařízeními druhého typu – síť na ochranu před bleskem. Jedná se o ocelové, hliníkové nebo měděné vodiče o průměru 6–10 mm, uložené na povrchu střechy ve formě článků tak, aby bylo zajištěno rovnoměrné pokrytí střechy. Velikost buňky pro chaty není větší než 12×12 m.

Bleskové pletivo není vhodné pokládat napříč svahem, protože je může poškodit lavina sněhu.

Výrobci nabízejí bleskovou síť s různými spojovacími prvky – pro jakýkoli typ střešní krytiny. Tyče jsou spojeny s pletivem tak, aby celá konstrukce měla stabilní elektrickou vodivost. Na okapu střechy je pletivo napojeno na svody.

Spodní vodič

Jedná se o měděný nebo ocelový vodič o průměru obvykle 6-8 mm nebo hliníkový (10 mm). Počet vodičů a umístění jejich instalace jsou určeny v závislosti na ploše základu (první patro) budovy. Je důležité je umístit po celém obvodu tak, aby vzdálenost mezi nimi nepřesáhla 20 m. Vodiče je vhodné položit v blízkosti rohů budovy a co nejdále od oken a dveří – míst, kam mohou lidé. být zabit elektrickým proudem.

Bez ohledu na způsob upevnění svodů na fasádě je nutné v úrovni soklu zajistit snadno přístupné odnímatelné svorky. To umožní elektrické měření systému během provozu.

Podle přání zákazníka jsou vodiče připevněny ke stěnám domu, upevněny příchytkami k odtokovým trubkám nebo uloženy ve vrstvě omítky.

Základy

Poslední součástí systému je zemnící elektroda. Jedná se o vodivý prvek, který je v elektrickém kontaktu se zemí (ve své tloušťce). U venkovských domů se obvykle používají dva typy zemnících vodičů – prstencové a ohniskové. Prstencový je pás žárově zinkované oceli o průřezu 40×4 mm položený kolem budovy. Pokládá se do země do hloubky 50–70 cm od povrchu země a ve vzdálenosti minimálně 50 cm od stěny domu.

Pokud je plocha prvního patra chaty malá a půda na místě má vysokou odolnost proti šíření proudu – více než 800 Ohm m (to je typické například pro písčité půdy), pak kromě pásu se ocelové tyče zarážejí do země do hloubky 3 m. Obvykle se instalují v místech, kde jsou k pásu připojeny svody. Při použití ohniskového zemnicího vodiče je každý spádový vodič připojen k samostatnému zemnícímu „centru“ v podobě pásku o průřezu 40×4 mm a hlubokých tyčí. Délka úseku pásu a počet tyčí se stanoví výpočtem v souladu s výše uvedenými normami. V některých případech se používá kombinace těchto dvou typů zemnících vodičů.

Důležité!

1. Uzemnění hromosvodu musí být odděleno od obecné zemnící smyčky domu.
2. Hromosvod nelze natírat ani izolovat.
3. Pro spojení hromosvodu, svodu a zemnícího vodiče se používá svařování nebo šroubování.
4. Při instalaci spodního vodiče se vyvarujte otáčení vodiče pod ostrým úhlem, stejně jako smyčky. To je plné výskytu jiskrového náboje.
5. Zemnící elektroda musí být umístěna minimálně 1 m od stěn budovy a ne blíže než 5 m od chodníků pro pěší.
6. Systém ochrany před bleskem vyžaduje každoroční kontrolu a údržbu: je nutné zkontrolovat neporušenost spojů a upevnění, vyčistit a utáhnout šrouby.

V okamžiku přímého úderu blesku na staveništi musí správně navržené a vyrobené zařízení ochrany před bleskem pohltit bleskový proud a svést jej do země. Průchod bleskového proudu musí proběhnout bez poškození chráněným objektem a být bezpečný pro osoby nacházející se uvnitř i vně tohoto objektu.

Příklad zařízení ochrany před bleskem na typické volně stojící stavbě

V současné době jsou kladeny požadavky na vytvoření podmínek pomocí zařízení ochrany před bleskem, které zajistí bezporuchový provoz elektrických a elektronických zařízení pracujících v chráněných objektech.

V takových případech je třeba při posuzování možného nebezpečí a výběru ochranných prostředků věnovat pozornost zařízením umístěným v místech zvláště náchylných k přímým účinkům bleskových proudů, například na střeše nebo stěnách staveniště.

Nepřípustnost přímého působení bleskového proudu na těchto zařízeních by měla být jedním z hlavních požadavků při vytváření systému ochrany před bleskem na staveništi.

Základní regulační požadavky

Při rozboru nebezpečí přímého úderu blesku na staveništi je třeba věnovat zvláštní pozornost nástavbám, zařízením a elektricky vodivým prvkům na střeše tohoto staveniště. V souladu s požadavky uvedenými v normách [1] byste měli:

• připojte všechny kovové prvky (například komíny, digestoře, ploty) k nejbližšímu hromosvodu nebo svodu;
• opatřit hromosvody všechny nevodivé stavební prvky umístěné nad povrchem střechy.

Prezentované řešení rovněž splňuje požadavky aktuálně platných norem [2, 3, 4]. Tyto normy navíc přesně definují zásady ochrany různých typů střešních konstrukcí. Před přímými účinky bleskového proudu musí být chráněny následující nástavby:

• neobsahující elektricky vodivé prvky;
• obsahující elektrické zařízení nebo zařízení pro zpracování informací.

Nástavby musí být umístěny v chráněném prostoru tvořeném svislými nebo vodorovnými hromosvody. Je také nutné udržovat vhodné bezpečné vzdálenosti mezi nimi a hromosvody, stejně jako svody.

Pokud nejsou splněny výše uvedené požadavky, přímý úder blesku do nástavby povede ke zničení:

• samotná nástavba, jakož i elektrická a elektronická zařízení nainstalovaná uvnitř;
• zařízení umístěná na staveništi.

Požadavky na umístění v chráněném prostoru se nevztahují na nástavby, které neobsahují elektricky vodivé prvky [3], které:

• nepřesahují výšku 1 m a 1 m2 celkové plochy – kovové nástavby,
• nevyčnívají více než 1 m nad povrch tvořený hromosvody – nástavbami, které nevedou elektrický proud.

Ochrana před přímými účinky bleskového proudu by se měla týkat i zařízení a konstrukčních prvků na střechách objektů, na které je napojena elektroinstalace instalovaná uvnitř objektu. V takových případech musí zařízení na ochranu před bleskem:

• zajistit odpovídající chráněný prostor pro zařízení a instalace na střeše objektu;
• eliminovat možnost jiskrových výbojů mezi elektricky vodivými prvky;
• eliminovat potenciální rozdíly mezi elektricky vodivými prvky na střeše a uvnitř objektu;
• poskytují ochranu před přepětím elektrických a elektronických zařízení.

Některé z uvedených požadavků lze splnit použitím vhodně zvolených systémů vertikálních nebo horizontálních hromosvodů.

Volně stojící vertikální pantografy

Hlavním způsobem ochrany před přímým úderem blesku je umístění přístrojů nebo instalací do chráněného prostoru tvořeného samostatně stojícími vertikálními pantografy. Návrh a konstrukce jednotlivých vertikálních přijímačů nebo systémů těchto přijímačů musí být realizována v souladu s požadavky vyplývajícími ze zvolené úrovně ochrany před bleskem analyzovaného objektu.

Při určování velikosti chráněného prostoru tvořeného jedním hromosvodem nebo několika hromosvody je nutné vzít v úvahu požadavky týkající se:

• ochranné rohy;
• bezpečné vzdálenosti, které znemožňují vznik jiskrových výbojů mezi chráněnými zařízeními a hromosvody, prvky instalace ochrany před bleskem nebo konstrukční prvky objektu sloužícího k ochraně před bleskem.

Svislý hromosvod musí být navíc umístěn v takové vzdálenosti od chráněného zařízení, aby znemožnil vznik jiskrových výbojů. Při posuzování možnosti jiskrových výbojů je třeba vzít v úvahu následující faktory:

• parametry bleskového proudu;
• druh izolačního materiálu mezi elektrodami;
• rozvod proudu na staveništi;
• vzdálenost od bodu přiblížení, ve kterém může dojít k jiskrovému výboji, k nejbližšímu vyrovnávacímu spojení nebo k zemi, měřená podél vodiče, kterým protéká bleskový proud.

Požadavky současných norem ochrany před bleskem stanoví závislost hodnot ochranných úhlů na úrovních ochrany požadovaných pro daný objekt a výšce hromosvodu (tabulka 1).

Tabulka 1. Ochranné úhly a bezpečnostní vzdálenosti v závislosti na požadované úrovni ochrany a výšce přijímače

V některých případech je třeba při určování obranného prostoru vytvořeného jediným vertikálním přijímačem vzít v úvahu více obranných úhlů.
V příkladu uvedeném na obrázku je pro určení ochranné zóny vytvořené přijímačem umístěným na střeše staveniště třeba vzít v úvahu následující:

• úhel na střeše objektu – hodnota v závislosti na výšce přijímače;
• úhel vedle objektu – vybírá se s ohledem na součet výšek objektu a přijímače.

Ochrannou zónu můžete určit také metodou valící se koule. Poloměr koule závisí na požadované úrovni ochrany před bleskem a je 20, 30, 45 a 60 m pro úrovně ochrany před bleskem I, II, III, IV. Při válení koule po střeše se předpokládá, že místa dotyku kutálející se koule jsou vystavena nebezpečí přímého úderu blesku.

Ochranná zóna vytvořená jediným svislým hromosvodem

Hromosvody na střeše staveniště

Bleskosvody vysoké až tři metry

Použití jednoho hromosvodu nebo soustavy několika metrů vysokých přijímačů je jedním z nejčastěji používaných řešení ochrany drobných konstrukcí nebo zařízení na střechách stavenišť. Vytvořený ochranný systém je jednoduchý a snadno implementovatelný. Typický svislý hromosvod se skládá z kovové tyče o průměru 10–16 mm, připevněné k betonové podpěře. Tyč musí být připojena k nejbližšímu prvku instalace ochrany před bleskem. Příklad ochrany vytvořené jedním vertikálním přijímačem nebo systémem dvou přijímačů je na Obr. 3.
Při definování ochranné zóny v systému dvou vertikálních přijímačů byste měli nastavit nejnižší bod dotyku míče (nejblíže chráněnému zařízení), nazývaný také vychylovací šipka p. Hodnota p, vzdálenost mezi vertikálními přijímači d a poloměr koule R určuje vztah:

Změna hodnoty p v závislosti na vzdálenosti d mezi hromosvody a třídou ochrany (různé hodnoty poloměru R) je znázorněna na obrázku.

Aby byla zajištěna stabilita vertikálních přijímačů, je třeba vzít v úvahu nebezpečí, která představují poryvy větru. Pro předběžný výběr rozměrů a hmotnosti betonových podpěr můžete použít údaje uvedené v tabulce. 2 [5].

Tabulka 2. Hlavní rozměry betonových podpěr v závislosti na výšce vertikálního přijímače (rychlost větru – až 150 km/h)

Pokud je pro danou výšku hromosvodu hmotnost jedné betonové podpěry menší, než je doporučeno, lze použít zatížení sestávající ze dvou částí. Je-li k odvodu bleskového proudu použita kovová střešní krytina, lze základnu vertikálního přijímače připevnit přímo na krytinu.
Ochrana před bleskem u větších konstrukcí nebo zařízení může vyžadovat systém skládající se z více přijímačů.

Při vytváření takového systému je nutné stanovit ochranné pásmo a dodržet požadované vzdálenosti mezi chráněnou nástavbou a prvky přijímacího systému.

Bleskosvody vysoké více než tři metry

Upevnění hromosvodů různých výšek na betonové podpěry

Příklady hromosvodů připevněných k chráněným objektům

Pokud použití jednoho přijímače nebo soustavy vertikálních přijímačů do výšky 3 m nevyhovuje požadavkům chráněného prostoru nebo je obtížně realizovatelné, pak se nabízí možnost použití vyšších přijímačů, které vyžadují konstrukčně složitější a těžší podpěry, a často další kotevní dráty, je třeba zvážit.

Prezentovaný kotevní systém a použitá podpěra umožňují uchycení hromosvodů až do výšky 8 m.

Vertikální hromosvody připevněné k zařízením nebo konstrukčním prvkům

Dalším řešením, které zvyšuje stabilitu vertikálního hromosvodu a zároveň nevyžaduje rozpínání a zatěžování podpěry, je použití vertikálních přijímačů namontovaných na chráněné objekty.

Připevnění přijímačů k vodivým prvkům povrchu střechy

Takové přijímače lze připevnit jak na střešní nástavby, tak na jednotlivá zařízení. Nejčastěji používané systémy se skládají z:

• vertikální přijímač připevněný k betonové podpěře a pomocí izolačních distančních prvků k chráněnému objektu;
• vertikální přijímač připevněný pomocí distančních prvků pouze k chráněnému objektu;
• vertikální přijímač připojený k izolační trubce připevněné k chráněnému objektu.

V druhém případě se z hromosvodu táhne svod. Bezpečná vzdálenost mezi svodem a chráněným objektem je zajištěna vhodně zvolenými distančními prvky.

Správná montáž zvyšuje stabilitu systému a umožňuje zvednout přijímač do výšky 3–4 m nad chráněný objekt. Uvedené příklady se týkají ochrany nástaveb na plochých střechách.

Podobné zásady ochrany by měly být aplikovány na jedno- a dvoušikmé střechy. V typickém stavebním projektu se to nejčastěji týká potrubí a antén.
Pro ochranu potrubí z izolačních materiálů před bleskem by se měly používat vertikální nebo tzv. prstencové přijímače. Výška svislého přijímače musí zajistit ochranu potrubí před přímým úderem blesku – potrubí musí být umístěno v chráněném prostoru přijímače.

Příklady ochrany komínů

Potrubí elektronicky řízených plynových nebo olejových pecí se také doporučuje chránit před přímým úderem blesku. Této ochrany dosáhneme umístěním potrubí do chráněného prostoru vytvořeného jedním hromosvodem nebo soustavou hromosvodů posunutých do vzdálenosti, která zajistí vyloučení jiskrových výbojů.

Elektronicky řízená ochrana potrubí pece před přímými údery blesku a přeskoky jisker

Závěr

Zajištění bezporuchového provozu elektronických zařízení může vyžadovat použití nových řešení při vytváření instalačního komplexu ochrany před bleskem. To platí zejména pro zařízení instalovaná na střechách stavenišť. Jsou vystaveni hrozbě přímého úderu blesku a stále častěji se objevují požadavky na odstranění této možnosti. Tyto požadavky lze splnit použitím vhodně zvolených hromosvodových systémů a omezením přepětí dopadajících na chráněná zařízení z elektroinstalace i z vedení přenosu signálu.
Pokud není možné vytvořit ochranu před bleskem, která eliminuje přímý dopad bleskového proudu na zařízení instalovaná na střeše objektu, lze použít jedno z následujících řešení:

• v elektricky vodivých instalacích, kterými se může proud dostat k objektu (například potrubí klimatizačních a ventilačních systémů), by měly být použity izolační prvky, jejichž délka (nebo tloušťka) je alespoň dvojnásobkem požadovaných izolačních vzdáleností;
• v místech, kde jsou instalace ochrany před bleskem a chráněné zařízení nebo systém blízko, by měly být použity vyrovnávací spoje přímo nebo pomocí svodiče.

Ochrana před přímým působením bleskového proudu by měla být rozšířena i na zařízení instalovaná na stěnách staveniště.

Literatura

• Národní litevský standard.
• IEC 61024-1, Část 1: Ochrana konstrukcí před bleskem, Obecný princip.
• IEC 61024-1-2 Ed.1.0 Ochrana konstrukcí před bleskem, Část 2: Příručka B – Návrh, instalace, údržba a kontrola systémů ochrany před bleskem.
• IEC 61312-1 Ochrana před elektromagnetickým impulsem blesku (LEMP) Část 1: Obecné zásady.
• IEC 62305-3. Ed. 1: Ochrana před bleskem – Část 3: Fyzické poškození konstrukcí a ohrožení života.