Jaký by měl být minimální průřez kabelových hromosvodů?
Ochrana před bleskem je soubor opatření a zařízení určených k ochraně budov, staveb, osob a zařízení před negativními účinky blesku.
Ochrana před bleskem
Ochrana energetických zařízení před bleskem je nejdůležitější součástí systému pro zajištění spolehlivosti a bezpečnosti dodávek energie. Dopad blesku může vést k vážnému poškození zařízení, přerušení sítě a značným ekonomickým ztrátám. Proto se jí budeme podrobněji zabývat.
1. Systém vnější ochrany před bleskem
Externí ochrana rozvoden a distribučních zařízení zajišťuje ochranu před přímými údery blesku (DLS). Celkem existují 4 úrovně ochrany před bleskem – I, II, III a IV, kde I je nejvyšší (nejnižší pravděpodobnost průlomu) a IV je nejnižší.
Tabulka 1. Úrovně ochrany proti PUM
| Úroveň ochrany | Spolehlivost ochrany proti PUM, % |
|---|---|
| I | 98 |
| II | 95 |
| III | 90 |
| IV | 80 |
Úroveň ochrany se volí v závislosti na požadované úrovni spolehlivosti. Pro energetická zařízení postačují úrovně ochrany II-III.
Ochrana před úderem blesku v rozvodnách se provádí pomocí stožárů světlometů, portálů článků a volně stojících hromosvodů. Stožáry světlometů se instalují na všech rozvodnách 35 kV a vyšších – z tohoto důvodu jsou považovány za hlavní prostředek ochrany před bleskem. Jiné způsoby instalace jsou akceptovány v případě nedostatečného pokrytí území stožárem světlometů a jsou doplňkové.
Ochrana rozvodny před bleskem
Systém ochrany před bleskem se skládá z:
- hromosvody;
- svody;
- zemnící vodiče.
Princip fungování systému je následující: hromosvod zachycuje blesk a svod odvádí bleskový proud do země. Materiál a průřez prvků ochrany před bleskem musí splňovat požadavky tabulky 2.
Tabulka 2. Materiál a minimální průřezy prvků vnějšího systému ochrany před bleskem
| Úroveň ochrany | Materiál | Sekce, mm 2 | ||
|---|---|---|---|---|
| bleskosvod | spodní vodič | zemnící elektroda | ||
| I-IV | ocel | 50 | 50 | 80 |
| Hliník | 70 | 25 | Nelze použít | |
| Měď | 35 | 16 | 50 | |
1.1. Hromosvody
Bleskosvody mohou být vyrobeny ve formě tyčí, lan nebo síťových vodičů (mřížek) a také představují libovolnou kombinaci uvedených typů.
Tyčový hromosvod — převládající typ hromosvodů používaných v rozvodnách. Jedná se o svisle instalovanou kovovou tyč o výšce 1 až 20 metrů. Používá se k ochraně místních prostor (otevřená rozvodná zařízení) a vysokých konstrukcí (podpěry, portály).
Lanový hromosvod je pozinkovaný ocelový nebo měděný drát natažený mezi podpěrami (stožáry) nad chráněným objektem. Používá se hlavně k ochraně liniových a protáhlých konstrukcí. U venkovních rozvaděčů se nad přípojnicemi používají kabelové bleskosvody, pokud ochranná zóna tyčových bleskosvodů nepokrývá celé území venkovního rozvaděče. Kabelové bleskosvody se používají také na přístupech k rozvaděči (PS) na nadzemních vedeních 35 kV a vyšších.
Tyčové a lanové hromosvody
Síťový hromosvod — je systém sestávající z kovových vodičů uložených ve formě mřížky na střeše budovy. Je vyroben z pozinkovaného ocelového, měděného nebo hliníkového drátu, položeného na střeše s určitým krokem (obvykle 5×5 m, 10×10 m nebo 12×12 m, v závislosti na kategorii ochrany před bleskem). Používá se, pokud má rozvodna velkou plochu střechy (například ZRU — uzavřený rozváděč). Síťový systém poskytne rovnoměrnější ochranu než jednotlivé tyče.
Za hromosvody lze považovat kovové střechy chráněných objektů, kovové střešní konstrukce (vazníky, propojená ocelová výztuž), kovové prvky, jako jsou odvodňovací potrubí, technologické kovové trubky a nádrže. Takové hromosvody se nazývají přirozené, jejich použití je možné za splnění řady podmínek:
- kontinuita elektrického obvodu;
- dostatečný průřez (v souladu s SO 153-34.21.122);
- odolnost proti korozi;
- přímé spojení se zemí.
1.2. Vodiče proudu
Proudové sběrače (svody) jsou vodivé prvky ochrany před bleskem, které spojují hromosvody s uzemňovacím zařízením a zajišťují tak bezpečné odvedení bleskového proudu do země.
Svody se vyrábějí z ocelového pásu, kulatého drátu nebo vícežilového flexibilního kabelu. Instalace svodu závisí na typu hromosvodu.
U tyčového hromosvodu vede svod po podpěrách (pokud je podpěra železobetonová nebo dřevěná) nebo je připojen ke spodním prvkům konstrukce (pokud je podpěra kovová) – pro každou podpěru musí být zajištěn alespoň jeden svod. U kabelového hromosvodu je na každý konec kabelu připevněn alespoň jeden svod. U síťového hromosvodu jsou svody rovnoměrně rozloženy po obvodu pletiva a celkový počet svodů musí být alespoň dva.
Svody se pokládají v přímých a svislých liniích tak, aby cesta k zemi byla co nejkratší.
Za svody lze považovat následující konstrukční prvky budov: kovové konstrukce, kovový rám budovy nebo konstrukce, propojená ocelová výztuž budovy nebo konstrukce, části fasády, profilované prvky a nosné kovové konstrukce fasády. Uvedené prvky lze přiřadit k přirozeným svodům, nicméně aby mohly být použity, musí splňovat řadu požadavků podobných požadavkům na přirozené hromosvody.
Svody jsou umístěny podél obvodu chráněného objektu ve vzájemné vzdálenosti nejméně té, která je uvedena v tabulce 3.
Tabulka 3. Průměrné vzdálenosti mezi svody v závislosti na úrovni ochrany
| Úroveň ochrany | Průměrná vzdálenost, m |
|---|---|
| I | 10 |
| II | 15 |
| III | 20 |
| IV | 25 |
1.3. Uzemňovací vodiče
uzemňovací vodič Ochrana před bleskem je vodivá část nebo soubor vzájemně propojených vodivých částí, které jsou v elektrickém kontaktu se zemí přímo nebo prostřednictvím vodivého média.
Uzemňovací zařízení jsou navržena tak, aby bezpečně odváděla bleskový proud do země, a musí být součástí systému vyrovnání potenciálů. Pro ochranu před bleskem, napájecí systémy a komunikační systémy by mělo být implementováno jedno uzemňovací zařízení.
Více se o uzemňovacím zařízení dozvíte v příslušném článku⎘ na našich webových stránkách.
2. Vnitřní systém ochrany před bleskem
Vnitřní ochrana před bleskem Rozvodna je soubor opatření a technických řešení určených k ochraně elektrických zařízení a personálu před sekundárními účinky blesku (pulzní přepětí, indukované proudy, elektromagnetické rušení). Zajišťuje vyrovnání potenciálů a elektrickou izolaci mezi komponenty vnějšího systému ochrany před bleskem a dalšími vodivými částmi uvnitř budovy nebo konstrukce a zabraňuje tak nebezpečnému jiskření.
Pro zajištění vnitřní ochrany před bleskem a elektromagnetickými impulzy existují následující opatření:
- screening;
- připojení;
- základy;
- přepěťové ochrany (SPD).
Pojďme se níže blíže podívat na každou událost.
2.1. Stínění
Stínění je zaměřen na snížení elektromagnetického rušení a snížení rizika poškození součástí rozvodny. Jeho princip fungování je založen na vytváření ochranných polí schopných odrážet nebo absorbovat elektromagnetické záření.
Existují následující typy stínění:
- stínění kabelu – uvnitř kabelu je kolem vodičů stínící vrstva;
- stínění zařízení – instalace kovových krytů nebo stínění kolem citlivých zařízení;
- stínění prostor – jako stínění lze použít kovové konstrukce budov, které jsou propojeny se systémem ochrany před bleskem kombinací kovových prvků.
2.2. Připojení
Spojení mohou být:
- na hranicích bezpečnostních zón;
- uvnitř chráněného objektu.
Spojení kovových prvků je nezbytné pro snížení potenciálového rozdílu mezi nimi. Spojení by měla být provedena pomocí speciálních vodičů nebo svorek a v případě potřeby pomocí přepěťových ochran (viz kapitola 2.4).
2.3. Uzemnění
Hlavním úkolem uzemňovacího zařízení ochrany před bleskem je odvádět proudy vznikající při výbojích blesku do země. Zbytek proudu se šíří podél komunikací vedoucích k budově (pláště kabelů, vodovodní potrubí atd.). Zároveň na samotném uzemňovacím zařízení nevznikají nebezpečná napětí díky systému sítí umístěnému v budově a jejímu okolí.
Více se o tom můžete dočíst v článku Uzemnění⎘.
2.4. Zařízení pro ochranu proti přepětí
Zařízení na ochranu proti přepětí jsou navržena tak, aby omezovala přechodná přepětí a odváděla pulzní proudy. Instalují se na průsečíku napájecích, řídicích, komunikačních a telekomunikačních vedení, na hranici dvou stínících zón. Tato zařízení poskytují víceúrovňovou ochranu zařízení rozvodny.
Mezi přepěťová svodiče patří ventilové svodiče (VAR), přepěťové svodiče (SAR), trubkové svodiče (TA) a ochranná jiskřiště (PG). K dispozici jsou také modulární svodiče SPD pro instalaci na DIN lištu.
3. Výpočet a konstrukce ochranných pásem před bleskem
Výpočet ochrany rozvodny před bleskem lze provést na základě následujících hlavních regulačních dokumentů:
- RD 34.21.122-87 „Pokyny pro instalaci ochrany před bleskem pro budovy a stavby“;
- SO 153-34.21.122-2003 „Pokyny pro instalaci ochrany před bleskem budov, staveb a průmyslových komunikací“.
Při navrhování je instrukce RD 34.21.122-87 nejstrukturovanějším a nejpohodlnějším dokumentem upravujícím ochranu budov a staveb před bleskem.
V tomto článku se budeme zabývat příkladem výpočtu a konstrukce ochranné zóny před bleskem pomocí metody, kterou používáme při návrhu. Ve výpočtu používáme úroveň ochrany II (95% spolehlivost).
Výpočty a konstrukci provádíme v následujících fázích:
1. Na základě plánu rozvodny určíme hromosvody umístěné na okrajích chráněné oblasti a změříme vzdálenosti mezi nimi.
Označení hromosvodů na výkresu
2. Poté vypočítáme jednotlivé hromosvody M1-M4 pomocí vzorců v tabulce 4 a na plán vykreslíme kružnice s jejich ochrannými poloměry rx, znalost výšky chráněných objektů hx.
Pravidlo pro konstrukci ochranné zóny pro jeden hromosvod je znázorněno na obrázku níže.
Tabulka 4. Výpočet jednotyčového bleskosvodu
| Určovaný parametr | Úroveň ochrany II |
|---|---|
| h | 0,92h |
| r | 1,5h |
| rx | 1,5(hh)x/ 0,92) |
Ochranná zóna jednotyčového hromosvodu
kde 1 je hranice ochranného pásma na úrovni hx,
2 – totéž na úrovni terénu,
h — výška hromosvodu;
L1-2 — vzdálenost mezi hromosvody M1-M2, M2-M3 atd.;
hx — výška na úrovni chráněného objektu (bereme výšku zařízení);
rx— poloměr řezu na úrovni chráněného objektu.
Pro větší pohodlí si uděláme tabulku podle níže uvedeného příkladu.
Tabulka 5. Vypočítané hodnoty v našem příkladu
| Bleskosvod | h | L1-2 | hx | h | r | rx |
|---|---|---|---|---|---|---|
| M1 | 39 | 74 | 17,50 | 35,88 | 58,50 | 29,97 |
| M2 | 37 | 83 | 34,04 | 55,50 | 26,97 | |
| M3 | 30 | 26 | 27,60 | 45,00 | 16,47 | |
| M4 | 30 | 87 | 27,60 | 45,00 | 16,47 |
3. Výpočet provedeme pro dva bleskosvody odebrané v párech M1-M2, M2-M3 a M3-M4 a M4-M1. V závislosti na výšce bleskosvodů použijeme vzorce z tabulky 5 (pokud je výška bleskosvodů stejná – M3-M4) nebo tabulky 6 (pokud je výška bleskosvodů různá – M1-M2, M2-M3, M4-M1).
Ochranné pásmo dvou hromosvodů
Tabulka 6. Výpočet dvou hromosvodů stejné výšky
| Určovaný parametr | Úroveň ochrany II | |
|---|---|---|
| L ≤ h | h < L ≤ 6h | |
| hc | h | h-0,14 (levý) |
| rc | r | r |
| rcx | rx | r(hc-hx)/hc |
| Pro L > 6h se hromosvod považuje za jeden | ||
Tabulka 7. Výpočet dvou hromosvodů různých výšek
| Určovaný parametr | Úroveň ochrany II |
|---|---|
| hc | (hc1 +hc2) / 2 |
| rc | (r01 +r02) / 2 |
| rcx | rc(hc +hx)/hc |
| Pro L > 6hmin hromosvod je považován za jeden |
Dostaneme následující hodnoty
Tabulka 8. Vypočítané hodnoty v našem příkladu
| Zóna | hc1 | hc2 | r01 | r02 | hc | rc | rcx |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| M1-2 | 30,98 | 28,86 | 58,50 | 55,50 | 29,92 | 57,00 | 23,66 |
| M2-3 | 27,60 | 21,16 | 55,50 | 45,00 | 24,38 | 50,25 | 14,18 |
| M3-4 | – | – | – | – | 27,60 | 45,00 | 16,47 |
| M4-1 | 19,62 | 25,52 | 45,00 | 9,00 | 22,57 | 27,00 | 6,07 |
4. Dále položíme kolmici ke středu segmentu spojujícího dva hromosvody a označíme rcx a nakreslete tečny ke kružnici rx každý ze dvou hromosvodů.
Po dokončení konstrukce pro každý pár hromosvodů získáme požadovanou ochrannou zónu.
Zóna ochrany před bleskem
4. Rozsah návrhu systému ochrany před bleskem
Při projektování je nutné vytvořit plán, který bude zobrazovat ochranná pásma. Základem je rozpracovaný plán rozvodny s vyobrazením veškerého zařízení, budov a komunikací a aplikují se obrysy (kontury) ochranných pásem.
Plán ochrany před bleskem v rozvodně
Plán ochrany před bleskem by měl obsahovat následující informace:
- všechny hromosvody s číslováním, symbolem blesku, označením výšky;
- vzdálenosti mezi sousedními hromosvody, ochranná výška (výšky), poloměry ochranných pásem v požadované výšce (výškách);
- tabulka s uvedením výšky chráněných objektů;
- Poznámky obsahují odkaz na regulační dokument, podle kterého byly výpočty provedeny.
Hranice ochranného pásma se vykreslí tlustou čarou, vedlejší čáry a kóty použité ve výpočtech se vykreslí tenkou čarou.
ZÁVĚR
Ochrana rozvodny před bleskem je soubor opatření k ochraně před přímými údery blesku (systém vnější ochrany před bleskem) a jeho sekundárními účinky (systém vnitřní ochrany před bleskem).
Vypracování účinného systému ochrany před bleskem je nezbytné pro prevenci potenciálních nehod a snížení škod na zařízeních i zaměstnancích, což následně zajišťuje stabilní a bezpečný provoz elektrických systémů.
REFERENČNÍ LITERATURA
Podrobnější informace lze nalézt v GOST, normách organizací a referenčních publikacích. Všechny uvedené normativní a technické dokumenty v aktuálním vydání jsou uloženy na stránce NTD a filtrovány pomocí odkazu⎘.
Podobný projekt lze objednat prostřednictvím formuláře zpětné vazby na webových stránkách
Systém ochrany před bleskem určený k zachycení bleskového výboje a jeho odvedení do půdy zahrnuje kromě hromosvodu a uzemňovacího obvodu také svod neboli uzemňovací vodič.
Co je to svod a jaké jsou jeho funkce
Svod (vodič) je spojovací prvek v systému vnější ochrany před bleskem, který plní funkci odvádění blesku z hromosvodu do zemní smyčky. Stupeň rozptylu elektrického výboje v zemi a bezpečnost budovy, stejně jako životy lidí, budou záviset na stavu tohoto prvku, materiálu výroby, jeho správném umístění a velikosti průřezu. Svod je vyroben z materiálu, který odolá vysoké teplotě vznikající při průchodu silného elektrického výboje vodičem.
Požadavky GOST na vodiče
Všechny prvky ochrany před bleskem, včetně svodů, musí mít podle GOST R IEC 62561.2-2014 dostatečnou mechanickou pevnost, odolávat maximální odolnosti, korozi a teplotním změnám. Instalace svodů by neměla být složitá. Ploché a kulaté vodiče by měly být snadno usazovatelné ručně nebo pomocí válečkového stroje. Svody vyrobené z čistého hliníku nebo slitin na bázi hliníku se nesmí instalovat na omítnuté stěny nebo uvnitř omítkové, cementové, betonové vrstvy a v zemi. Při použití svodů získaných žárovým zinkováním nebo pozinkováním by tloušťka ochranné vrstvy neměla být menší než 1 μm. Vodiče z pozinkované oceli se vyrábějí s tloušťkou zinkového povlaku nejméně 50 μm.
Průřez vodičů v závislosti na materiálu výroby
Průřez kulatého svodu z nerezové oceli, za předpokladu, že je namontován ve vrstvě betonu nebo na povrchu z hořlavého materiálu, se bere na 78 mm² a u svodu z nerezového pásu pracujícího za stejných podmínek na 75 mm². Někdy, když mechanická pevnost nehraje významnou roli, je povoleno zmenšit průřez z 50 mm² na 28 mm², tj. nahradit kovové kulaté svody o průměru Ø 8 mm podobnými výrobky, ale o průměru Ø 6 mm. A naopak, pokud je požadována vysoká pevnost vodiče a odolnost vůči vysokým teplotám, měl by být jeho průřez alespoň 78 mm². Aby se zabránilo roztavení svodu, neměl by být průřez měděného vodiče menší než 16 mm², hliníkového – 25 mm², nerezového – 50 mm².
Typy vodičů
- galvanizovaná ocel;
- hliník
- nerezová ocel;
- měď;
- měděná ocel.
Vodiče mohou mít plochý nebo kulatý tvar. Kulaté svody mohou mít tvar kabelu s několika kovovými žilami. Vodiče mohou být buď čistě kovové, nebo potažené ochranným pláštěm z polyvinylchloridu (PVC). Svody budou sloužit po dlouhou dobu s vysokou účinností, pokud jejich průřez, v závislosti na materiálu výroby, bude udržován v rozmezí 16-50 mm².
Pozinkované ocelové vodiče
Ocelové svody, jejichž zinkový povlak se nanáší procesem žárového zinkování, se vyznačují dostatečnou odolností proti korozi, nízkou cenou při dobré kvalitě, mechanickou pevností a možností provozu v zemi. Vodiče jsou vyrobeny z pozinkované válcované oceli a mohou mít tvar tyče o průměru nejméně 8 mm nebo pásu za předpokladu, že tloušťka zinkového povlaku je 500 gramů na metr čtvereční. Ploché vodiče, které splňují požadavky GOST R IEC 62561.2-2014, se používají v ochraně před bleskem a v uzemňovacích obvodech pro vyrovnání potenciálů.
Hliníkové svody
Vodiče vyrobené z hliníku nebo slitin na bázi hliníku s přísadami křemíku a hořčíku jsou lehké, mají dobrou elektrickou vodivost, dlouhou životnost a jsou vysoce odolné vůči korozi. Jsou o něco dražší než vodiče z pozinkované oceli. Nejběžnější průměr průřezu kulatých hliníkových vodičů je 8 mm. Mohou být vyráběny v PVC plášti. Nevýhodou těchto vodičů je, že nejsou příliš kompatibilní s jinými kovy. Nedoporučuje se je používat v uzemňovacích obvodech, pokud jsou tyto umístěny v zemi.
Vodiče z nerezové oceli
Nerezové proudovody mají oproti pozinkovaným a hliníkovým značné výhody, a to díky absolutní kompatibilitě se všemi druhy kovů a vysoké odolnosti proti korozi. Materiál je poměrně odolný, tuhý a lze jej použít pro provoz v půdě i vlhkém prostředí. Hlavní nevýhodou je jeho vysoká cena, vysoká měrná hmotnost a nízká elektrická vodivost, která přispívá ke špatnému šíření bleskového výboje.
Měděné svody
Měď je nejdražším materiálem pro výrobu vodičů, ale vysoká cena je odůvodněna dobrými vlastnostmi tohoto kovu:
- nízký elektrický odpor;
- vysoká tepelná kapacita;
- dobrá plasticita, která usnadňuje práci s pokládáním vodičů;
- pevnost v ohybu;
- atraktivní vzhled.
Nevýhodou měděných vodičů je jejich nekompatibilita s díly ochrany před bleskem vyrobenými z hliníku nebo pozinkované oceli. Někdy se měděné vodiče pro snížení nákladů na instalaci ochrany před bleskem nahrazují výrobky s měděným povrchem.
Výběr bezpečného průzkumníka
V souladu s GOST musí být v závislosti na materiálu a typu výrobku určeného pro použití v systému ochrany před bleskem velikost jeho průřezu udržována v rámci následujících parametrů:
- Tloušťka měděného pásku 2 mm, plocha průřezu 50 mm², kruh Ø 8 mm, průřez 50 mm², průřez kabelu 50 mm², Ø jádra nejméně 1,7 mm².
- Hliníkový pásek – průřez 70 mm², kruhový průřez 50 mm², Ø 8 mm.
- Pozinkovaná ocel – páskový průřez 50 mm², kruhový průřez 50 mm², kabel stejného průřezu s průměrem jádra 1,7 mm.
- Nerezová ocel – páska o průřezu 50 mm² a tloušťce 2 mm, kruh o průřezu 50 mm², o Ø 8 mm a lanko s průměrem jádra 1,7 mm.
Při výběru bezpečného vodiče je třeba věnovat pozornost kovovému vodiči potaženému PVC pláštěm. Vnější ochranná vrstva zajišťuje lepší odolnost vodiče vůči teplotním změnám, ultrafialovému záření a chrání kovové jádro před korozí. Takový vodič lze položit přímo na omítnuté stěny nebo uvnitř vrstvy omítky, cementového potěru či betonu.
Pro položení vodiče do země je nutné zvolit výrobek z nerezové oceli obsahující více než 2 % molybdenu a jehož průměr je roven nebo větší než 10 mm².
Nejbezpečnější a nejúčinnější jsou vodiče se složitou konstrukcí, které splňují požadavky GOST R IEC 62561.2-2014. Jádrem takového proudového vodiče je měkký měděný drát o průřezu 50 mm², pokrytý izolací ve formě síťového polyethylenu.