Energie je jednou ze základních potřeb moderního mobilního člověka. Vyčerpatelnost fosilních zdrojů a globální oteplování změny klimatu nás nutí k zamyšlení. Vodík jako jeden z možných zdrojů energie má potenciál zásadně změnit naše energetické zajištění a z dlouhodobé perspektivy vyřešit problémy se zásobováním energiemi. Z tohoto důvodu by měl být tento zdroj energie prosazen v 21. století také do automobilů.

Tato pohonná látka může být v budoucnu k dispozici na čerpacích stanicích podle potřeby buď v kapalné nebo plynné formě. Kompletní řídící systém musí být účinně chráněn také před účinky blesku a přepětí tak, aby při bouřkách bylo možno bezporuchové a bezpečné tankování automobilů (obr. 1).

Obr. 1 Tankování automobilu

Ochrana před bleskem – často zanedbaná oblast

Z izokeraunické mapy pro Českou republiku je zřejmé, že bouřková činnost se pohybuje mezi 25 – 40 bouřkovými dny za rok. Vynásobí-li se tato čísla koeficientem 0,1, pak se vypočte počet úderu blesku na 1 km2 za rok. Vezme-li se v potaz skutečnost, že ničivé účinky od přímého úderu blesku jsou patrny do vzdálenosti 1,5 – 2 km – měřeno od místa úderu, např. i v kabelové síti nn v jednom uzlu transformátoru. Pak plocha kruhu kolem tohoto místa úderu vychází cca 7 km2. Z toho vyplývá nebezpečí úderu blesku 21 až 28krát. na km2 (3 – 4 blesky na km2 x 7 km2) (obr. 2). Připočtou-li se k tomu účinky spínacích přepětí, která vznikají na napájecích nebo uživatelských sítích, je nutnost ochrany zdůvodnitelná. Hromosvod je přitom jen jedno z opatření, které chrání budovu před přímými údery a tím před vznikem požárů. Elektrická a elektronická zařízení zůstanou však nechráněna před účinky přepětí. Často však může být mylná představa, že je-li instalován hromosvod, je to dostatečná ochrana pro počítače, modemy a měřící techniku. Tato opatření způsobí u odpovědných osob pocit jistoty, který ale není na místě na základě často chybné koncepce ochrany před přepětím. Vhodná opatření je nutno učinit již ve stádiu projektu zařízení, aby potřeba odpovídala ochraně a bezpečnosti. Následující příklad exemplárně ukazuje, jak by mohla být zdárně provedena ochrana před bleskem a přepětím. Tato ochranná opatření před bleskem pro stanice vodíku se podstatně neliší od ochrany pro klasické čerpací stanice.

Obr. 2 Nebezpečí způsobená úderem blesku

Přepětí je nutno bezpodmínečně zabránit v prostředí s nebezpečím výbuchu

ATEX 137 (směrnice 1999/92 EG) byla prosazena v roce 2004 prostřednictvím nařízení vlády do právních předpisů. Zde má provozovatel povinnost vypracovat dokumentaci o ochraně před výbuchem. Přitom je stanoveno posouzení rizik, kde jsou vyhodnocena potenciální nebezpečí dle rozdělení do zón (Ex) na základě existence a expanze potenciálních výbušných atmosfér. Toto rozdělení do zón navazuje na identifikaci možných zdrojů iniciace, které vyplývají z provozních požadavků, jakož i z výběru odpovídajících provozních zařízení. V následujícím odstavci bude zmíněn blesk jako zdroj iniciace dle ČSN EN 1127-1 [1].

Blesk podmíněný zdroj iniciace dle ČSN EN 1127-1 [1]

Následné zdroje iniciace musí být posouzeny při vyhodnocení rizik v prostorech s nebezpečím výbuchu. Ty mohou vzniknout účinkem blesku:

• tavením v místě úderu blesku;
• oteplením v místech svodů;
• nekontrolovanými přeskoky při nedodržení dostatečné vzdálenosti;
• indukovanými přepětími v kabelech a vedeních;
• údery vstupních napájecích vedení v prostředích s nebezpečím výbuchu.

Budou-li zjištěny nebezpečné účinky blesku, pak musí být chráněny všechny přístroje, ochranné systémy a součásti všech kategorií vhodnými ochrannými opatřeními před bleskem a přepětím.

Velmi důležité je také, aby údery blesku nezpůsobily mimo zóny (Ex) 0 nebo 20 žádné škodlivé účinky. Z těchto důvodů musí být instalovány přepěťové ochrany na vhodných místech tak, aby byly omezeny rozdíly potenciálů mezi signálními žílami a uzemněnými zařízeními, např. kovovými nádržemi, řídícími rozváděči (ČSN EN 62305 – 3 [2]).

Stanovení ochranných opatření

Na všechna vedení, která budou zapojena do řídících rozváděčů, budou instalovány vhodné svodiče bleskových proudů a přepětí na základě návrhu dle koncepce zón ochrany před bleskem. Budou zde rozlišovány případy příslušných vedení, zda-li dojde k poškození vlivem bleskových proudů či ne:

• vedení mezi nádržemi a řídícím rozváděčem – nehrozí žádný přímý úder blesku nebo bleskové proudy. Zde je dostatečná instalace svodiče přepětí;
• vedení z jiných budov nebo přicházejících částí – jsou možné bleskové proudy. V tomto případě je instalován kombinovaný svodič (svodič bleskového proudu a přepětí).

Napájecí síť nn

Při projektování a realizaci se často neví, zda a především které svodiče přepětí jsou instalovány v následných rozváděčích. V tomto případě je nejjistější umístit kombinovaný svodič na vstupu do rozváděče. Pak mohou být konstruovány všechny řídící rozváděče vždy stejně. Kombinované svodiče, např. DEHNventily jsou navrhovány dle typu sítě TN/TT/IT, aby došlo ke zmenšení požadovaného prostoru pro příslušnou instalaci (obr. 3).

Obr. 3 Kombinovaný svodič DEHNventil TT

Svodiče přepětí pro jiskrově bezpečné obvody

Všechna vedení jiskrově bezpečných obvodů MaR jsou chráněna vhodnými správně navrženými svodiči dle koncepce ochrany před bleskem (obr. 4). Řídící obvody nesmí být poškozeny vlivem ochranného zapojení ve své ochranné funkci. Je potřeba rozlišit při zapojení přepěťových ochran, zda-li se jedná o neuzemněné nebo uzemněné řídící obvody. Jako neuzemněný řídící obvod je posuzován obvod, ve kterém má chráněné zařízení izolační pevnost > 500 V. Pak musí být použity svodiče, které svým zapojením zachovají tuto izolační pevnost.

V jiskrově bezpečných obvodech se rozlišují dva typy proudových obvodů ia a ib. Nejlépe je použít svodiče, které mají certifikát ia. Pak budou splněny i ty nejpřísnější požadavky pro přepěťové ochrany, které jsou zároveň vhodné také pro aplikace ib. Certifikát o jiskrové bezpečnosti jiskrově bezpečných obvodů by měl být předložen dříve, než dojde ke zprovoznění řídících obvodů EEx(i). Napájecí zdroje, převodníky, použité kabely, jakož i přepěťové ochrany musí splňovat celkově podmínky ochranných obvodů. Indukčnost a kapacitu ochranných přístrojů je potřeba také vzít v potaz při návrhu těchto obvodů. Vnitřní kapacity a indukčnosti instalovaných svodičů přepětí jsou zanedbatelné podle osvědčení PTB 99 ATEX 2092 a není potřeba k nim přihlížet při návrhu těchto obvodů. Maximální napětí Uc musí být tak vysoké, aby bylo rovno maximálnímu napětí naprázdno zdroje. Také jmenovitý proud svodiče musí být tak velký, aby nepřekročil v případě poruchy očekávaný zkratový Ii měřícího převodníku.

Dojde-li k odchýlení od výše citovaných rámcových podmínek, zanikne toto schválení. Přepěťové ochrany Blitzductor® CT, které jsou instalovány v tomto projektu pro jiskrově bezpečné obvody, splňují všechny relevantní požadavky.

Obr.4 Instalace svodičů pro jiskrově bezpečné obvody

Pospojování – vyrovnání potenciálů

Pospojování dle ČSN EN 62305-4 [3] bude zřízeno za účelem odstranění rozdílů potenciálů, tj. zabránění vzniku nebezpečných dotykových napětí. Také v prostředích s nebezpečím výbuchu je dle ČSN EN 60079-14 a EN 50281 potřebné vyrovnání potenciálů. Všechny části elektrických zařízení napájecí sítě TN/TT/IT a cizí vodivé části musí být připojeny k systému vyrovnání potenciálů. Dodržení těchto opatření je dostatečné pro ochranu před bleskem v prostředích s nebezpečím výbuchu. Všechna šroubová spojení v prostředích s nebezpečím výbuchu je nutno zajistit proti samovolnému uvolnění. Krátké připojovací přívody jsou důležité při instalaci přepěťových ochran, aby byl dodržen ochranný účinek svodičů v určité vzdálenosti. Důležité je také spojení mezi svodičem a chráněným koncovým zařízením pomocí vodiče pospojování. Je nutno dodržet montážní návody příslušných výrobců.

Shrnutí

Čerpací stanice pro vodík, stejně tak jako čerpací stanice pro plyn budou v blízké budoucnosti stále více prosazovány tak, aby mohly pokrýt rostoucí potřebu energie. Funkční systém ochrany před bleskem, který se sestává z hromosvodu a vnitřní ochrany, je důležitý pro bezpečný provoz takových moderních a komplexních čerpacích stanic. Bezpečnost je zajištěna tím, že během bouřkové činnosti nevzniknou žádná nebezpečná jiskření v a na čerpacích stanicích. Tím bude snížena na minimum pravděpodobnost nebezpečných vlivů během bouřky.

Literatura
[1] ČSN EN 1127-1, 1998-10: Výbušná prostředí - Zamezení a ochrana proti výbuchu –
část 1: Základní pojmy a metodologie
[2] ČSN EN 62305 – 3, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 3: Hmotné škody na
stavbách a ohrožení života
[3] ČSN EN 62305 – 4, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 4: Elektrické a elektronické
systémy ve stavbách