Hromosvodní součásti, ze kterých se skládá vnější ochrana před bleskem, musí splňovat minimální vyžadované mechanické a elektrické požadavky, které jsou uvedeny v řadě norem ČSN EN 50164-XX. Součásti jsou rozděleny podle své funkce do několika skupin, jako jsou například spojovací součásti (svorky), vodiče pro svody či zemniče. Pro každou z těchto skupin je určena jedna část této řady norem, podle kterých je potřeba tyto komponenty zkoušet.

(Část 1: Požadavky na spojovací součásti [1]; Část 2: Požadavky na vodiče a zemniče [2]).

Systémy ochrany před bleskem jsou ale vytvářeny jako oddálené, izolované. Takže musí být zkoušeny i komponenty z GFK (Glasfaserverstärkter Kunststoff - sklolaminát), pro které není v současné době normativní postup. [3,4,5].

Zkoušení konvenčních součástí ochrany před bleskem

Kovové součásti (svorky, vodiče, jímací tyče, zemniče), které jsou vystaveny působení okolního prostředí, musí být před vlastním zkoušením podrobeny proceduře (kondicionování), která způsobí umělé zestárnutí tak, aby se prokázala schopnost správné funkce i po delším čase od instalace.

Umělé stárnutí a zkoušení kovových komponentů se provádí podle ČSN EN 60068-2-52 [6] a ČSN ISO 6988 [7] ve dvou krocích.

Působení přírodních podmínek a zatížení korozivními vlivy na hromosvodních součástech

Krok 1: Působení solnou mlhou

Tato zkouška se používá u těch součástí nebo výrobků, jejichž vlastnosti je třeba ověřit působením solného prostředí. Zkušební zařízení (Obr. 1) se skládá z vlhké komory, kde je zkušební vzorek vystaven po dobu tří dnů 2. stupni zatížení. Tento druhý stupeň sestává ze tří dvouhodinových fází ostřiku 5% roztokem Natriumchloridu (NaCl) při teplotě mezi 15°C až 35°C, s navazujícím skladováním ve vlhku mezi 20 h a 22 h při relativní vlhkosti vzduchu 93⁺²_-3% a teplotě 40±2°C [6].

Obr. 1 Komora pro ostřik solným roztokem

Krok 2: Zatížení vlhkou sirnou atmosférou

Tento test slouží pro vyhodnocení odolnosti zkoušených materiálů nebo předmětů proti kondenzované vlhkosti s obsahem oxidu siřičitého [7].

Obr. 2 Klimatická komora

Zkušební zařízení (Obr. 2) sestává z komory, ve které zkušební vzorky absolvují sedm cyklů při koncentraci oxidu siřičitého 667 × 10^-6 (±24 × 10^-6). Každý cyklus má dobu trvání 24 h. Skládá se z doby zahřívání ve vlhkem nasycené atmosféře po dobu 8 h při teplotě 40±3°C a klidového stavu po dobu 16 h. Po tomto čase je siřičitá atmosféra odstraněna.

Obr. 3 Součásti v novém stavu a po umělém zestárnutí

Zestárnutí (kondicionování) je potřebné provést nejen u součástí, které se mají používat v nadzemní části, ale samozřejmě i u těch, které budou použity v zemině. Pro součásti, které jsou určeny pro použití v zemině, je třeba zohlednit další požadavky. V zemině by neměly být použity žádné svorky ani vodiče z hliníku. Pokud je pro uložení v zemi použita nerezová ocel, pak tedy pouze ta vysoce legovaná jako je NIRO V4A. Použití nerezové oceli V2A není dle DIN VDE 0151 [8] povoleno.

Naopak zestárnutí (kondicionování) není potřebné pro součásti, které budou používány pouze ve vnitřním prostředí, jako jsou například ekvipotenciální svorkovnice. Stejně odpadá kondicionování pro součásti, které budou zality v betonu a které jsou z tohoto důvodu většinou vyráběny z nepozinkované (černé) oceli.

Jímací soustava/Jímače

Jímací soustava, součást vnější ochrany před bleskem, má za úkol zajistit ochranu před jeho úderem do chráněného zařízení. Je tedy na objektu umístěna tak, aby zamezila přímému úderu do objektu či zařízení. Jímací soustavu dnes tvoří hlavně jímací tyče, které jsou dostupné v různých provedeních. Jejich rozsah začíná na 1 m délky (například v betonovém podstavci pro ochranu plochých střech) až po 25 m vysoké provedení teleskopického jímacího stožáru, který se používá například pro ochranu bioplynové stanice. V ČSN EN 50 164- 2 [2] jsou pro jímací tyče uvedeny minimální průřezy a povolené materiály s odpovídajícími elektrickými a mechanickými vlastnostmi. U jímacích tyčí je z důvodu jejich velké výšky velmi důležité prokázat statickým výpočtem jejich odolnost jak vůči jejich zlomení, tak i pro jejich schopnost vzdorovat větru. Podle těchto výsledků potom zvolit potřebné průřezy a materiály. Jako základní zatížení pro jednotlivé typy jímačů je třeba vzít maximální rychlosti větru v každé zóně.

Spojovací součásti

Spojovací součásti, nejčastěji nazývané svorky, jsou při stavbě hromosvodů použity pro vodiče (svody, jímací vedení, vývody uzemnění) tak, aby vytvořily jejich vzájemné spojení, nebo byly použity pro jejich napojení na konstrukce. Typ svorky a její materiál vytvářejí mnoho možných kombinací. Rozhodující je způsob vedení vodiče a možné kombinace materiálů. Pod způsobem vedení uvažujeme, zda vodiče budou tvořit křížový nebo paralelní spoj. Při zatížení průchodem bleskového proudu vznikají elektrodynamické a tepelné síly, které působí na svorku a musí být zohledněny. Tyto síly jsou silně závislé na druhu vedení vodičů a svorkového spojení. Tabulka 1 ukazuje materiály, které mohou být mezi sebou kombinovány, aniž by na jejich kontaktu docházelo ke korozi.

Tabulka 1 Vzájemná kombinovatelnost mezi materiály použitými pro jímací soustavu, svody a spojení s konstrukčními prvky

Vzájemná kombinace různých materiálů mezi sebou a z toho vyplývající rozdílná mechanická odolnost a termické vlastnosti mají při zatížení bleskovým proudem rozdílné účinky na spojovací součásti. To se ukazuje obzvlášť zřetelně na spojovacích součástech z nerezu, kde díky jeho nízké specifické vodivosti dochází k jejich vysokému ohřevu. Proto musí všechny svorky absolvovat v laboratoři zkoušku bleskovým proudem, jak je popsáno v ČSN EN 50164-1[1]. Pro zjištění kritických případů, je třeba ověřit kromě různých vedení vodičů také výrobcem určené možné kombinace různých materiálů.

Průběh zkoušky ukážeme na příkladu testování svorky MV.

Na začátku je třeba určit, kolik vzorků v různých kombinacích se bude testovat. Vybraná svorka je z nerezu a může být podle shora uvedené tabulky bez problému kombinována s ocelí, hliníkem, nerezem a mědí. Jako další varianta ke zkoušce bude křížové a paralelní spojení. Takovýmto postupem nám pro vybranou svorku MV vznikne 8 kombinací ke zkoušení (Obr. 4).

Obr. 4 Zkušební zapojení pro svorku MV (Paralelní a křížové spoje)

Podle ČSN EN 50164-1 musí být každá zkoušená kombinace zastoupena u zkoušky třemi identickými vzorky. Takže u vybrané svorky MV musí být vyzkoušeno celkem 24 vzorových zapojení pro pokrytí celého spektra. Každý vzorek musí být dle normativních požadavků dotažen odpovídajícím utahovacím momentem a přesně tak, jak je shora popsáno za pomoci slané mlhy a siřičité atmosféry uměle zestařen. Pro následující elektrickou zkoušku, musí být vzorek upevněn na izolační desku.

Obr. 5 Zkušební vzorek spoje svorky MV upevněný na izolační desce pro test ve zkušební laboratoři

Pro otestování jsou použity na každý vzorek tři impulsy bleskového proudu o tvaru vlny 10 µs/350 µs o vrcholové hodnotě 50 kA (normální zatížení) a 100 kA (vysoké zatížení). Po zkoušce těmito impulsy nesmí zkoušený vzorek vykazovat žádné rozpoznatelné poškození. Přechodový odpor naměřený na svorce nesmí být větší než 1 mΩ respektive 2,5 mΩ u svorky z nerezové oceli. Uvolňovací moment se také nesmí změnit. Pro každou zkoušenou kombinaci je vystaven zkušební protokol výrobce. Tento protokol má být schopen výrobce na vyžádání předložit, nebo ho může ve zjednodušené formě zveřejnit (například přes internet, viz www.dehn.de => produktová data).

V důsledku to znamená, že pro stavbu jímací soustavy musí být použit spojovací materiál podle toho, na kterém místě bude tato svorka použita, tedy s jakou zátěží se na místě jejího nasazení počítá (H nebo N). Například u jímací tyče, kde teče celý bleskový proud, musí být použita svorka na zátěž H (100 kA) a na mřížovou soustavu nebo svod, kde teče již jen část bleskového proudu, stačí svorka pro zátěž N (50 kA).

Vodiče

Také pro vodiče, sloužící pro jímací soustavu, svody nebo zemnič, jsou v ČSN EN 50164-2 [2] dány konkrétní minimální požadavky jako jsou:

• Mechanické vlastnosti (minimální pevnost v trhu a tahu).
• Elektrické vlastnosti (maximální specifický odpor).
• Odolnost vůči korozi (umělé zestárnutí tak, jak je popsáno výše).

Mechanické vlastnosti musí být ověřeny a hlavně dodrženy. Obr. 6 ukazuje stavbu zkušebního přípravku pro pevnost v trhu kruhového vodiče (například slitiny AlMgSi).

Obr. 6 Trhová zkouška vodiče

U povrchově potažených materiálů, jako je pozinkovaná ocel, musí být zajištěna kvalita povrchu (souvislost hladkost) a musí být ověřena i její minimální tloušťka a přilnavost k základu. Toto je v normě popsáno formou zkoušky ohybu, kdy musí být zkoušený vzorek ohnut do úhlu 90° s poloměrem ohybu rovnajícím se pětinásobku poloměru. Při tom nesmí dojít k vytvoření ostrých hran, prasklin nebo odloupnutí povrchu. Dále je materiál vodičů podroben požadavkům na lehkou a jednoduchou montáž ochrany před bleskem. Proto by měly dráty či pásky (srolované v kruzích) být lehce narovnány rovnačkou, nebo stáčením. To vede k jednoduchému natažení a bezpečnému uložení materiálu na stavbě či v zemi. Tyto požadavky normy jsou relevantní vlastnosti produktu, které musí být zdokumentovány v dostupných podkladech, nebo mohou být tyto informace uvedeny v technických listech výrobce.

Zemnič/tyčový zemnič

Do sebe spasovatelné zemnící tyče DEHN jsou vyrobeny ze speciální oceli a pozinkovány ponořením do zinkové lázně, nebo ještě lépe, jsou z nerezavějící oceli (niro V4A, materiál č. 1.4571).

Hlavní výhodou této zemnící tyče je její koncovka, která umožňuje spojení s další zemnící tyčí bez toho, aby došlo při stloukání k zvětšení jejího průměru. Každá tyč má na jednom konci vyvrtaný otvor a na své druhé straně čep s odpovídající velikostí [9].

V normě ČSN EN 50164 -2 [2] jsou uvedeny požadavky, které musí zemniče splňovat. Požadavky jsou na použité materiály, geometrii a minimální rozměry, jakož i na mechanické a elektrické vlastnosti. Souhrn těchto vlastností je uveden v přehledné tabulce. Nejslabším místem na zemniči jsou právě tato místa vzájemného napojení. Z tohoto důvodu vyžaduje ČSN EN 50164 -2 [2] toto místo spojení ověřit po mechanické a elektrické stránce.

Zkouška se vykonává na přípravku s ocelovou deskou, sloužící jako místo natlučení. V této zkoušce je zkušební vzorek sestaven ze dvou kusů tyčí, z nichž každá měří 500 mm na délku a každý ze třech vzorků od daného typu musí tuto zkoušku s úspěchem absolvovat. Na vrchní straně vzorku je po dobu dvou minut tlučeno vibračním kladivem přes zatloukací nástavec. Četnost úderů musí být u kladiva 2 000±1 000.min^-1 a energie jednoho úderu musí být 50±10 [Nm].

Pokud vzorky přestanou stloukání bez patrného poškození, jsou tyto vzorky podrobeny umělému zestárnutí prostřednictvím solného roztoku a siřičité atmosféry. Nakonec je tento spoj zatížen třemi impulsy bleskového proudu 50 a 100 kA. Přechodový odpor (měřený na spoji) nesmí být větší než 1 mΩ respektive 2,5 mΩ u zemniče z nerezové oceli.

Pro ověření, zda spoj má i po průchodu bleskového proudu odpovídající pevnost spasování, je tato pevnost vyzkoušena na trhací stolici. Vzorky obstojí, pokud je tato síla minimálně ve výši 1 000 N (±10 N).

Požadavky na hromosvodní součásti z GFK

Oddálené/Izolované hromosvody

Střešní nástavby, jako jsou světlíky, antény, klima jednotky, reklamní štíty, sirény atd., se v současné době nachází hlavně na střechách velkých kancelářských nebo industriálních budov. Tyto střešní nástavby jsou spojeny s elektrickou soustavou buď přímo napájecím vodičem, nebo obsahují vodivé spoje, například trubky, které jsou zavedeny do budovy. Podle současných vědomostí, týkajích se ochrany před bleskem, jsou tyto nástavby přednostně chráněny oddálenými hromosvody pro zabránění přímého úderu blesku. Díky tomu je zamezeno proniknutí bleskového proudu do budovy.

Izolovaná jímací soustava může být realizována jako samostatně stojící na betonových podstavcích nebo na trojnožkách (bez dodatečného mechanického upevnění). U jímacích tyčí o výšce vyšší než 2,5 či 3,0 m je třeba zajistit mechanickou odolnost oproti silám větru za pomoci distančních vzpěr z elektricky izolačního materiálu. Izolační vzpěry z GFK (GFK- glasfaserverstärkter Kunststoff sklolaminát, například DEHNiso-Distanzhalter) jsou upevněny na chráněném objektu.

Také pro oddálené vedení na distančních vzpěrách, například na betonových podstavcích nebo přímo na zařízení (velké střešní nástavby a antény) s podpěrami DEHNiso-Combi z GFK a hliníku, je třeba nastavit podmínky tak, že budou tvořit funkční ochranu před bleskem. Vedle mechanické pevnosti a odolnosti vůči okolí (povětrnostní vlivy, UV odolnost) je elementárně důležitá elektrická pevnost a izolační vzdálenost při vysokém napětí [3, 4, 5]. Vysoké impulsní napětí způsobí povrchové přeskoky po povrchu izolace. Tento jev je nazýván jako povrchový klouzavý výboj. Pokud jsou překročeny hodnoty potřebné pro vznik přeskoku, je iniciován povrchový výboj, který bez problémů dokáže překlenout i několik metrů k uzemněným součástem.

Při dodržení vypočtené oddělující vzdálenosti dle ČSN EN 62305-3 [10] lze zabránit nechtěnému přeskoku na kovové instalace vně nebo i uvnitř chráněného objektu.

Dostatečnou vzdálenost s lze spočítat podle vzorce:

kde je:

s    Dostatečná vzdálenost.

k_i   Faktor závislý na zvolené hladině ochrany před bleskem.

k_c  Faktor závislý na rozdělení bleskového proudu.

k_m Faktor závislý na materiálu elektrické izolace.

l     Délka vedení z místa, pro které počítáme dostatečnou vzdálenost po bod vyrovnání potenciálu.

Je zřejmé, že na velikosti dostatečné vzdálenosti se podílí, kromě hladiny ochrany před bleskem, délky vedení a rozdělení bleskového proudu na jednotlivé svody, i materiál v dráze přeskoku a jeho vlastnosti. Takže kromě faktorů ki, kc a délky l je velmi důležitý i koeficient km.

Pro pevné materiály, jakož i pro vzduch jsou hodnoty koeficientu km dostatečně ověřeny a potvrzeny.

Distanční vzpěry DEHNiso a podpůrné trubky DEHNiso-Combi byly, jak je popsáno v [3], [4] a [5], dostatečně experimentálně ověřeny impulsním proudem a faktor km byl ověřen jako hodnota 0,7. Tento koeficient km o hodnotě 0,7 je tedy používán pro výpočet dostatečné vzdálenosti u izolovaných jímacích soustav s těmito prvky. Proto je možný výpočet dostatečné vzdálenosti na každém objektu (podle normy pro vzduch nebo pevný materil) také pro koeficient km = 0,7.

Vypočtená dostatečná vzdálenost musí být stejná, nebo menší, než je délka použité vzpěry. To je důležité pro zabránění přeskoku, jak je vidět na obr. 7, protože přeskoky, jak jsou vyobrazeny na této fotografii, zcela ruší funkci izolované jímací soustavy.

Obr. 7 Přeskok po povrchu distanční vzpěry GFK

Pokud je dostatečná vzdálenost dobře vypočtena [11] a jsou vybrány správné komponenty, které jsou na stavbě správně namontovány, je možné pro objekt realizovat efektivní izolovanou jímací soustavu.

Závěr

Pro vytvoření správné a hlavně funkční ochrany před bleskem je důležité, aby každá její jednotlivá součást plnila minimální požadavky, odpovídající produktové normě, a musí být i správným způsobem namontována. Vedle dodržení mechanických požadavků jsou důležitá i elektrická kritéria současné vnější ochrany před bleskem.

Toto vše je obzvláště důležité pro komponenty z GFK, nasazené v instalaci. Jedna z možných metodik je ověření jejich vlastností podle [3], [4] a [5].

Mimo uvedené normy pro materiály jsou také v přípravě další mezinárodní normy pro ostatní komponenty tvořící jímací soustavu.

Literatura:

[1] ČSN EN 50164-1 ed. 2 Součásti ochrany před bleskem (LPC) - Část 1: Požadavky na spojovací součásti

[2] ČSN EN 50164-2 ed. 2 Součásti ochrany před bleskem (LPC) - Část 2: Požadavky na vodiče a zemniče

[3] Beierl, O., Brocke, R.,Wechsler, A.: „Keine Chance dem Gleitüberschlag (1)"; de 7/2008, S. 34 - 37

[4] Beierl, O., Brocke, R., Wechsler, A.: „Keine Chance dem Gleitüberschlag (2)"; de 8/2008, S. 40 - 42

[5] Beierl, O., Brocke, R., Rother, C.: „Stoßkennlinien und Flächen-Zeit-Gesetz – Grundlage heutiger und zukünftiger normgerechter Bestimmung des Trennungsabstandes?"; 8. VDE/ABB-Blitz­schutztagung, Neu-Ulm, Okt. 2009, S. 87-94

[6] ČSN EN 60068-2-52 Zkoušení vlivů prostředí - Část 2: Zkoušky - Zkouška Kb: Cyklická zkouška solnou mlhou (roztok chloridu sodného)

[7] ČSN ISO 6988 Kovové a jiné anorganické povlaky. Zkouška oxidem siřičitým s povšechnou kondenzací vlhkosti

[8] DIN VDE 0151:1986-06: Werkstoffe und Mindestmaße von Erdern bezüglich der Korrosion; Beuth Verlag GmbH, Berlin

[9] „BLITZPLANER®", 2. aktualisierte Auflage ISBN 978-3-00-021115-7, DEHN + SÖHNE, Neumarkt

[10] ČSN EN 62305-3 Ochrana před bleskem - Část 3: Hmotné škody na stavbách a nebezpečí života

[11] DS 709 /01.10 DEHNsupport Toolbox, DEHN + SÖHNE Neumarkt

DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG.
Pod Višňovkou 1661/33
140 00 Praha 4
tel.: +420 222 998 880
fax: +420 222 998 887
e-mail: Tato emailová adresa je chráněna před spamboty, abyste ji viděli, povolte JavaScript
internet: www.dehn.cz