Elektromagnetická kompatibilita znamená schopnost elektrické in­stalace, přístroje či systému pracovat uspokojivě v daném elektro­magnetickém prostředí, aniž by sám přístroj či systém způsoboval nepřípustné elektromagnetické rušení jakéhokoli jiného přístroje v tomto prostředí. Riziko je vyjádřením vztahu mezi velikostí možné ztráty a prav­děpodobností vzniku události. Analýza rizika určí slabá místa systému, prevence snižuje počet takových míst. Elektrická rizika znamenají ohrože­ní provozuschopnosti systému a také možnost následných škod po pří­padném výpadku. Snížení rizika znamená zvýšení provozně-technické bezpečnosti objektu a personálu. Eliminace rizik znamená cyklický proces vyhledávání možného rizika a provádění aktivit k omezení nebo zameze­ní takového stavu.

Riziko vyjadřuje určitý poměr bezvýpadkového provozu a chybového stavu, vedoucího k poruše nebo výpadku činnosti zařízení nebo instala­ce. Elektrické zařízení je ohroženo nejen indukcemi a přeslechy, ale přede­vším vlivem rychlých tranzientních jevů v důsledku spínacích pochodů a/ nebo elektrostatických výbojů, také jako důsledky atmosférických jevů, bouří a výbojem blesku. Každé zařízení může být ohroženo EMC vlivy, výpadky napájení, atmosférickými jevy, lidskou vědomou nebo náhod­nou činností. Vyhodnocení takových rizik a jejich grafické znázornění vede k vrstevnicovému grafu a po vyhodnocení téhož pokračuje k opti­malizaci ochranných opatření – účinné prevenci rizika.
 

Rizikový management

Účinný management rizik v sobě musí vždy zahrnovat analýzu rizik, hod­nocení rizik a řízení rizik. Analýza rizik znamená systematické použití do­stupných informací k identifikaci nebezpečí, k efektivnímu odhadu rizika s ohledem na ochranu života, zdraví, majetku a životního prostředí.

Hodnocení rizika je proces, při kterém se utváří úsudek o přijatelnosti rizika na základě analýzy rizika a při kterém se berou v úvahu sociálně­-ekonomické a environmentální faktory.

Řízení rizika je proces rozhodování pro zvládnutí a/nebo snížení rizika, realizace rozhodnutí, jeho prosazení a opakované hodnocení s použitím výsledků posuzování rizika jako vstupních údajů. Analýza rizika spolu s hodnocením rizika se nazývá dohromady posuzování rizika.

Analýza, hodnocení a řízení představují management rizika.

Škodní faktor a rizikové komponenty

Škodní faktor upravuje pravděpodobnost vzniku škodní události jejím předpokládaným účinkem na sledovaný objekt podle konstrukce, druhu a využití stavby, podle instalovaného zařízení a způsobu jeho využívání. Je stanoven empiricky, rozdělen na koeficienty vlivu pro možné druhy poškození objektu a vzhledem k jeho vybavení.

Škoda přepětím na elektrických zařízeních se započítává do rizikových faktorů dle standardu ČSN EN 61508.

Riziko škody stoupá s násobkem počtu instalovaných elektronických pří­strojů a systémů a navíc s násobkem důležitosti zachování jejich provozu.

To vyžaduje trvalé omezení rizika škod. Také zde jsou zaváděny postu­py zjištění mechanizmu škody, ke zjištění možných cest působení chybo­vého stavu a na tomto základě pak budování účinného systému ochrany. Předpisy dávají podmínku k orientaci, zda prevence rizika je dostatečná. Jedná se o vyhodnocení rizika a nastavení dobré ochrany, především z pohledu osob, kterých se problematika dotýká, jako jsou specialisté projektanti, architekti projektanti staveb, stavitelé elektrotechnických za­řízení pojišťovny. Jedná se o prevenci rizika takovou, která je jako investi­ce přijatelná, ale z hlediska provozního dostačující.

Důležité je akceptovat provázanost norem – standardů EMC, standar­dů analýzy prevence rizika a standardů ochrany před účinky elektromag­netických interferencí po vedeních i jako vlivu elektromagnetického pole. Vždy jde o zvýšení odolnosti elektrického zařízení. Průběžně vznikají a jsou ověřovány nové postupy odhadu rizika a optimální prevence možných škod na elektrických a elektronických zařízeních, způsobených vlivem ne­žádoucích průniků elektrické energie nebo elektromagnetických polí.

Analýza rizika a návrh účelné prevence formou kombinace hromo­svodní ochrany, uzemnění objektu, vyrovnávání potenciálů, vytváření stíněných prostor, zabránění bludným, zpětným a vyrovnávacím prou­dům a použití komplexní ochrany proti blesku a přepětí spolu s nasaze­ním prostředků filtrace rušení je v současnosti jedna z mála možností. Stejně důležitá je i provozní analýza a heuristika, optimalizace vybavení, rozmístění a dimenzování systémů, účelné zálohování provozních částí, volba prvků a částí omezujících rušivé elektromagnetické interference.
 

Základní požadavky EMC prostředí

Základní předpoklad dobrého návrhu je - pro žádné ochranné struktury nejsou možné dodatečné úpravy, doplňky a modifikace v případě jejich nedokonalé činnosti.

Podle standardů je nutno každému objektu přiřadit technicko-pro­vozní kategorii – třídu EMC krytí. Třída ochrany odpovídá kombinaci rizi­kových faktorů, ke kterým kromě požadavků stanovených jako LPZ/ZOB patří interference výkonových a informačních linií, obvodů a zařízení.

Podle norem jsou objekty zařazeny do čtyř tříd ochrany, kdy ochranná třída I znamená nejvyšší stupeň rizika a nutné ochrany, třída IV nejnižší stu­peň. Pro zařazení do tříd ochrany je nutná dokonalá znalost objektu, jeho provozního určení a odpovídající stanovení rizikových faktorů. Může být uvažována hodnota materiálu, následky výpadku výrobního procesu nebo výpadku činnosti objektu, výbušnost a/nebo hořlavost látek v objektu.

Pro ochranu objektů před škodami a zničením jsou určena bezpečnost­ně technická opatření, s využitím konstrukce, provedení a bezpečnostně technických přístrojů a zařízení. Pokud mají odpovídat konceptu ochrany budovy, musí být zajištěna jejich provozuschopnost i v nestandardních si­tuacích, tedy také po zásahu objektu bleskem. To znamená účinnou ochra­nu proti přepětí, spojenou s bezchybným vyrovnáním potenciálu.

K provozně důležitým zařízením patří provozní systémy: elektrická požární signalizace a elektrická zabezpečovací signalizace, dále elektrická signalizace vniknutí a přepadení a také provozní zařízení: řízení výtahů při požáru, hasicí zařízení, odsávání a větrání, hlásiče výskytu plynu, hlásiče výskytu tepla a kouře, evakuační komunikační zařízení a reproduktory, bezpečnostní osvětlení, prvky a systémy zálohovaného a nepřerušeného napájení elektrickou energií, příslušné rozvody a instalace v budově, pří­stupové systémy, řízená kontrola přístupu. Patří sem také instalace infor­mační techniky, všeobecně vzato.

Tato zařízení jsou v budovách důležitá také z pohledu evakuace osob a minimalizace rizika a mají chráněna proti nepřípustným vlivům, v souladu s podmínkami stanovenými pro celkovou ochranu objektu nebo stavby.
 

Návrh soustavy vyrovnání potenciálu

Pro dosažení dostatečných parametrů EMC musejí být kombinovány, případně při napájení z více směrů navíc galvanicky odděleny soustava napájení, systém zemnění, vyrovnání potenciálu a stínění. Totéž platí i pro informační, datový, komunikační a MaR subsystém.

Důležité je zaručit, že většinu objektu pokrývá ochranná zóna 3, ochranná zóna 2 je uzavřena v podružných rozvaděčích a ochranná zóna 1 se omezí prakticky na prostor hlavní rozvodny nebo hlavního rozvadě­če budovy, případně na rozvaděče v obrysu prostoru budovy s vede­ními vystupujícími vně objektu.

Základový a obvodový zemnič, soustava svodů a soustava vyrovnání potenciálu jsou částmi ekvipotenciální klece, která je určena k co nejrych­lejšímu odvedení chybových proudů a k co nejúčinnějšímu odstínění elektromagnetického rušení provozu citlivých elektronických přístrojů.

Není možno zařadit do soustavy vyrovnání potenciálu ochranné vodi­če v přívodních kabelech – chybový proud odváděný ochranným vodi­čem způsobuje potenciálový rozdíl a může vést k chybám a poruchám elektronických přístrojů v objektu.
 

Vliv a účinek rušení

Každý potenciálový rozdíl mezi dvěma body vytváří elektrické pole. Kaž­dý elektrický proud je doprovázen magnetickým polem. Pokud se pole nemění, je jeho vliv zanedbatelný, vzniká riziko ohrožení bludnými a vy­rovnávacími proudy. Pokud je ale změna proudu doprovázena rychle se měnícím magnetickým polem, dochází v souladu s Maxwellovými rovni­cemi ke vzniku indukovaného napětí nebo proudu. Transientní vazby představují příčinu rušení v systémech – není důležité, zda se jedná o periodické nebo dynamické změny pole.

Periodické změny pole vznikají v důsledku změn proudu v rozvodech napájení, sběrnicových rozvodech, přívodech pohonů stejně jako mag­netická pole transformátorů a motorů. Dynamické interference obecně vznikají v důsledku spínacích pochodů v rozvodech, často jako průvodní jev zemních zkratů nebo důsledek výboje blesku.

Přepětí mohou vznikat v důsledku výboje blesku, spínacích pochodů nebo poruch v síti, případně přenosem kapacitní nebo induktivní vazbou přes transformátor ze sítí vysokého napětí – zde je předpokládána hod­nota vzniklého přepětí jako 2 % napětí mezi fázemi . Tato hodnota je in­formativní, značně se mění podle zátěže na výstupu transformátoru.
 

Návrh odolné elektrické/elektronické instalace

Souhrn praktických postupů k zajištění správného projektu a odtud k účinným opatřením má tedy obsahovat následující klíčové body:

   • Uzemnění, vyrovnání potenciálu a volbu vhodné soustavy napájení

   • Uplatnění konceptu ochranných zón

   • Dimenzování kabelů a vodičů včetně stanovení vhodných rozvodných tras

   • Výběr konceptu stínění a vyrovnání potenciálu pro datové a informač­ní systémy.

   • Volba EMC opatření – vyhledání možných míst rozdílu potenciálů a je­jich vzájemná izolace

   • Volba EMC opatření – rozmístění interferujících zařízení

   • Volba EMC opatření – izolace a stínění rušivých polí

   • Volba EMC opatření – odrušení a filtrace harmonických u zdrojů rušení

   • Volba EMC opatření – ochrany proti impulznímu rušení a vf filtrace přístrojů

Je důležité si uvědomit, že každé ochranné opatření zvyšuje imunitu systému. Zařízení i instalace jako celku.
 

Stavba zemnění a volba soustavy energetické sítě

Pojem zemnění slučuje pojmy uzemnění a vyrovnání potenciálů. Setká­váme se se třemi úrovněmi – uzemnění PE (Protective Earth), vyrovnání PG (Protective Ground) nebo PA (Potenzial Ausgleich) a ukostření PM (Protective Mass). Z pohledu EMC nabývají na důležitosti vyrovnání po­tenciálu a ukostření.

Parametry zemnění dané normami ČSN EN 332000-4-41 a 332000-4-45 jsou zaměřeny na ochranu osob, nevyhovují ale obecně. Soustava vyrov­nání potenciálu má proto jiné parametry a je budována odděleně, se soustavou ochrany před nebezpečným dotykem je provázána.

Základové zemnění je prováděno v základových deskách a obvodo­vých základech průmyslových staveb. Výběhy zemničů jsou vyvedeny ze základů k hlavnímu bodu uzemnění – HPAS, stejně jako k přípojkám svo­dů hromosvodní soustavy a dalším potřebným zemnicím bodům. Ekvi­potenciální soustava PAS je vytvářena od HPAS jako mřížová – jen výjimečně jako smíšená hvězdicová a mřížová.

Pokud je soustava hvězdicová, je nutno dbát na vzájemné nepropojo­vání jednotlivých hvězdic na jejich vývodech – zde by mohlo docházet k vyrovnávání potenciálu mezi větvemi základní hvězdice a k EMC problé­mu. Bývá doporučeno převést soustavu hvězdicovou na mřížovou, s vyu­žitím náhodných prvků.

Prostor vyrovnání potenciálu (PAS area) je vytvářen jako především kruhový (nouzově hvězdicový) systém, ke kterému jsou připojeny všech­ny neživé části – kostry a skříně zde umístěných elektrických přístrojů a zařízení. Tak vzniklé prostory jsou pak připojeny v jediném bodě na cen­trální soustavu. Obecně platí že čím častější je vzájemné pospojení, tím stabilnější (a účinnější) je i stínění prostoru vůči nežádoucím elektromag­netickým vlivům.

Výhodou je, že unikající, vyrovnávací a bludné proudy jsou rozvedeny přes ekvipotenciální systém. Tím je jejich vliv na elektrickou instalaci účin­ně potlačen. Minimální průřezy vodičů v soustavě vyrovnání potenciálu jsou dány standardem ČSN EN 332000-5-54 a pro hromosvodní soustavu v normě ČSN EN 62305-3. Neměly by být menší než 16 mm2 měděného lana nebo srovnatelný průřez oceli s prokazatelnými spoji se zaručenou dlouhodobou vodivostí. V místním rozvodu nesmí být průřez vodiče vy­rovnání potenciálu menší než 6 mm2. Další prvek tvorby ochranného systému představuje použitá soustava sítě. Obecně je kromě soustav TT a (v odůvodněných případech) IT nejvíce využívána soustava TN v konfi­guraci TN-C-S s uzemněním středního bodu zdroje. Společný ochranný vodič TNC je využíván také k rozvodu potenciálu středního bodu – PEN. Musí být připojen na rozvod ochranného vodiče a pospojení za rozvadě­či – pro zajištění bezpečnosti instalace.

Pokud chceme vytvořit soustavu s trvale účinnou funkcí elektromag­netické slučitelnosti provozu elektrických přístrojů a zařízení, musíme za­ručit, že všechny rušivé proudy budou účinně odděleny od systému a odvedeny ke zdroji napájení nebo do zemnění.

Tento požadavek je splněn, pouze pokud je použita soustava TN-S, a společný PEN vodič není součástí rozvodu. Jinak dochází k chybovým stavům, vzniklým dodatečnými vyrovnávacími proudy mezi přístroji a účinkem vstupujících proudů – tyto proudy znamenají interferenci ci­zích soustav a procházejí napájecí soustavou nebo datovým systémem jako náhradní cestou.

Soustava TN-S umožňuje oddělit zpětné a interferenční proudy a vrá­tit vodiči PE ochrannou funkci. Tento stav platí jen pokud je v celé stavbě vytvořen pouze jediný propoj mezi neutrálním a ochranným vodičem. Ekvipotenciální sběrnice musí být umístěna v každé z ochranných zón a v každém ochranném prostoru. Jednotlivé ekvipotenciální sběrnice musejí být navzájem propojeny do mřížové struktury. Přívodní kabely a vodiče musejí být připojeny ke sběrnici vyrovnání potenciálu v místě přechodu mezi ochrannými prostory/zónami. Vývody soustavy vyrovná­ní potenciálu by měly být provedeny pro každých 100 m2 podlahové plochy stavby. Délky kabelů a vodičů k ochranným prvkům musejí být minimalizovány s ohledem na riziko indukovaného napětí od proudu přepěťových impulzů. Trvalé aktivní rozdělení energie rušivých impulzů mezi jednotlivé ochranné prvky přináší vyšší účinnost a provozní spoleh­livost ochranné soustavy, soustava je navíc optimalizována pro ochranu rozvodů příslušné napěťové úrovně.

Obdobné požadavky jsou stanoveny na datovou a komunikační tech­nologii a na instalace MaR. Jsou dány především standardem IEC 61643, jehož zavedení do soustavy ČSN se dá brzo očekávat.

Pokračování příště.

Edmund PANTŮČEK
Zapsaný znalec v oboru elektrotechnika, člen Komory
soudních znalců a EuroExpert PHOENIX CONTACT, s.r.o.