Přepěťové ochrany BrOK – kvalita za rozumnou cenu

přepěťové ochrany pro Antény, Audio, Datové sběrnice a Video - kvalitní řešení s dobrým poměrem cena/výkon

Úvod

Vážení zákazníci,
na základě často se opakujících dotazů jsme se rozhodli v rámci technické podpory a servisu našich výrobků-přepěťových ochran BrOK® přidat na naše stránky co nejjednodušší vysvětlení technických problémů, které mohou nastat při instalaci antén a anténních systémů na stavbách a objektech, na kterých jsou nainstalovány hromosvody (=část systému vnější ochrany) a také vysvětlit funkci koaxiálních přepěťových ochran (=část systému vnitřní ochrany).

Abychom to mohli jednoduše vysvětlit a vy správně pochopit, tak úvodem musíme říci pár slovo oboru EMC, což je zkratka odvozená z anglického názvu pro elektromagnetickou kompatibilitu. Význam cizího slova kompatibilita asi nejlépe vystihuje české slovo slučitelnost. Elektromagnetická kompatibilita tedy vyjadřuje elektromagnetickou systémovou slučitelnost nejrůznějších elektrických výrobků, strojů apřístrojů a jejich instalací. Cílem této slučitelnosti je, aby veškerá elektrická zařízení, kterým budeme obecně říkat "přístroje" byly schopné v daném elektromagnetickém prostředí spolupracovat tak, aby se navzájem negativně neovlivňovaly, tj. nerušily v jejich správné funkci.

Na obr. 1 je zjednodušené blokové schéma principu vzniku a přenosu elmg. rušení v obecném elektrotechnickém systému a je tam také naznačen způsob zařazení přepěťové ochrany do rušeného systému tak, aby tato ochrana mohla účinně chránit zvolený přístroj.

spodef"Přístroje" na obr. 1 jsou rozděleny do dvou skupin. Jednu skupinu tvoří tzv. "přijímače rušení". To jsou přístroje, které jsou v elekromagnetickém prostředí ovlivňovány okolní elmg. energií negativně (rušivě), což způsobuje jejich nesprávnou funkci, snižuje provozní spolehlivost, životnost a v mezních případech může dojít k jejich poruše nebo dokonce i jejich zničení. Záleží na tom, jak veliká energie se v daném elmg. prostředí nachází a také na tom, jak jsou odolné proti rušení.

Poznámka: v obecném elmg. systému mohou být nasazeny i přístroje, které jsou ovlivňovány okolní elektromagnetickou energií pozitivně (užitečně), ty nazýváme "přijímače" a využíváme je např. v oborech přenosů dat a informací prostřednictvím šíření elmg. vln (telekomunikace, rozhlas, TV, WiFi atd.).

Druhou skupinu "přístrojů" tvoří tzv. "zdroje rušení". To jsou přístroje, které fungují nesprávně tak, že kromě vlastní řádné funkce do elmg. prostředí produkují nežádoucí elmg. energii, která negativně (rušivě) působí na "přijímače rušení".

V systému také mohou být přístroje, které v elmg. prostředí "vyrábějí” pozitivní (užitečnou) elmg. energii, ty pak nazýváme "vysilače" a využíváme je např. k přenosu informací a dat prostřednictvím šíření elmg. vln.

Silným přírodním zdrojem elmg. energie, která negativně působí na správnou funkci nejrůznějších elektrotechnických systémů jsou bouřky. Během  bouřek dochází v prostoru bouřkové činnosti ke koncentraci elektrických nábojů a v okamžiku, kdy hodnota napětí mezi jednotlivými nábojovými oblastmi překročí tzv. mez dielektrické pevnosti tak dojde k vyrovnání těchto nábojů prostřednictvím výboje elektrického proudu, který nazýváme bleskem.

Blesk, resp. okolí tzv. bleskového kanálu je velice intenzivním zdrojem negativně působící elmg. energie.

Pokud se v blízkosti bleskového kanálu nachází např. anténa a nebo metalického vedení (koax, UTP, napájecí kabel atd.), tak je lidově řečeno " zaděláno na malér".

Aby škodlivý účinek úderu blesku na stavby, objekty a přístroje v nich nainstalované byl co nejmenší , proto se na ně instalují hromosvody, které jsou součástí systému tzv. vnější ochrany před bleskem (viz. EN ČSN 62305 - část 3).

Z důvodu dalšího snížení negativních účinků úderu blesku na elekrická zařízení a přístroje nainstalované uvnitř i vně těchto objektů se do určitých míst systému instalují přepěťové ochrany, které jsou součástí systému tzv. vnitřní ochrany před bleskem (viz. EN ČSN 62305 - část 4).

Přepěťová ochrana je speciální technické zařízení, které v případě nedovoleného zvýšení jmenovitého napětí nebo proudu na chráněných vstupech (nebo i výstupech) přístrojů spolehlivě omezí a současně i odvede přebytečnou elmg. energii z citlivých míst systému, kde by mohla způsobit škodu do necitlivého místa systému. Takové místo v systému ochrany před bleskem se vytváří úmyslně a nazývá se hlavní ekvipotenciální přípojnicí objektu (EP). Technické a elektrické parametry EP jsou definovány ve zmíněném soubor norem EN ČSN 62305.

obr 2

Na obr. 2 je schema instalace antény dle staré a od února 2009 neplatné normy ČSN 34 1390, podle které musely být všechny vodivé části (antény, jejich držáky a nosné konstrukce) umístěné na střechách objektů vodivě pospojovány s jímací soustavou hromosvodu.

strecha antena

 

Hned úvodem si vysvětlíme proč je to špatně. Při přímém úderu blesku do jímací soustavy hromosvodu dojde k odvedení bleskového proudu IB po svodech hromosvodu do jeho uzemňovací soustavy. V případě ideální uzemňovací soustavy by hodnota tzv. přechodového zemního odporu Rpzo byla nulová. Ale taková uzemňovací soustava neexistuje a reálné soustavy vždy vykazují určitou nenulovou hodnotu, která se pohybuje v rozmezí jednotek až stovek ohmů v závislosti charakteru podloží, složení a vlhkosti okolní zeminy, na hloubce uložení a technickém stavu vodičů uzemňovací soustavy atd.

Provedeme ilustrační výpočet hodnoty úbytku napětí na Rpzo uzemnění při úderu blesku. Zvolíme nějakou obvyklou hodnotu přechodového odporu např. Rpzo = 10Ω. Špičkové hodnoty bleskových proudů IB se pohybují v rozmezí jednotek až stovek kA a aby se to dobře počítalo, tak zvolíme hodnotu bleskového proudu IB = 100 kA. Dosazením zvolených hodnot do Ohmova zákona vypočítáme, že v místě přechodu ze svodu hromosvodu do uzemňovací soustavy, které máme na obr. 2 označeno jako “Revizní svorka” bude v okamžiku úderu blesku napětí o špičkové hodnotě:

U = R x I = 10Ω x 100 000 A = 1 000 000 V !!

Poznámka: provedený ilustrační výpočet není přesný, protože jsme pro zjednodušení zanedbali vliv indukčností a parazitních kapacit vodičů jímací soustavy hromosvodu, které se při průtoku bleskového proudu (impulsní charakter) uplatní a vypočtenou hodnotu napětí na revizní svorce ještě může zvýšit. Zde ale nejde o přesný výpočet, nýbrž o jasné upozornění na obecně vžitou a zcela mylnou představu, že na jímací a uzemňovací soustavě hromosvodu bude v okamžiku úderu blesku vždy bezpečné napětí blízké nule!

To je ovšem velice nepříjemná situace, protože na vývodu do uzemnění hromosvodu máme v okamžiku úderu blesku místo nuly impuls vysokého napětí. To znamená, že podle Kirchoffova zákona (součet proudů tekoucích do uzlu se rovná součtu proudů z uzlu odtékajících) se bleskový proud IB přitékající svodem od jímací soustavy hromosvodu do uzemění rozdělí na dvě části. Jedna část IBB poteče "tou správnou" vodivou cestou z revizní svorky přes uzemňovací soustavu dále do země a druhá část IBV poteče "tou špatnou" vodivou cestou (vytvořenou právě tím propojením antény s hromosvodem) přes anténu po koax. kabelu k “přijímači” a dále vnitřkem přijímače na vodiče zásuvkového obvodu nn a po nich do hlavního rozvaděče objektu a dále po přívodním kabelu ven z objektu ke vzdálené zemi např. u sloupu elektrického vedení a nebo u distribučního transformátoru.

Podle našeho ilustračního výpočtu se pokusíme odhadnout jak veliká část bleskového proudu projde "tou špatnou" vodivou cestou. Výpočtem zjistíme, že odpor svodového vodiče hromosvodu z materiálu FeZn o průměru 10 mm je 1,2 mohm/m, odpor Cu pláště koax. kabelu o průřezu 1 mm2 je 17 mohm/m, odpor Cu ochranného vodiče PE(N) zásuvkového obvodu elektrovodné sítě nn o průřezu 1,5 mm2 je 11 mohm/m a odpor přívodního Cu ochranného vodiče PE(N) (kabel JYTY 3x16) do objektu odhadneme na cca 1 mohm/m. Dále zvolíme, že délka svodu hromosvodu mezi revizní svorkou a místem připojení antény k tomuto svodu je cca 15 m, délka koax. kabelu od antény k přijímači je cca 10 m, délka zásuvkového rozvodu nn od přijímače do rozvaděče je také 15 m a délka přívodu nn od objektu k distribučnímu trafu je cca 100 m. Dále odhadneme, že přechodový zemní odpor uzemnění u distribučního trafa nn bude lepší než u našeho objektu, zvolíme např. hodnotu Rpzo = 5 ohm. Celkový odpor této "špatné" vodivé cesty pak vypočteme  součtem dílčích položek:

15 m x 0,0012 ohm/m + 10 m x 0,017 ohm/m + 15 m x 0,011 ohm/m + 100 m x 0,001 ohm/m + 5 ohm = 0,017 + 0,17 + 0,165 + 0,1 + 5 = 5,453 ohm.

To znamená, že bleskový proud se rozdělí na dvě části a to v nepřímém poměru odporů těchto vodivých cest:

IBV = 10,017/5,453 IBB = 1,837 IBB

Z výpočtu vyplývá, že cca 35 kA poteče z revizní svorky "správně" do uzemňovací soustavyzbývajících 65 kA bleskového proudu poteče "špatně" vnitřkem objektu ke vzdálené zemi!

Je zřejmé, že čím menší bude hodnota přechodového zemního odporu objektu Rpzo B, tím menší část bleskového proudu poteče "špatnou" vodivou cestou ke vzdálené zemi. Nejhorší případ nastane, když bude instalace hromosvodu ve špatném technickém stavu (např. zkorodované vodiče uzemňovací soustavy, uvolněné svorky, přetržené nebo rozpojené svody atd. (viz. ilustrační foto v příloze).

Vypočtená hodnota 65 kA "špatné" části bleskového proudu zničí koax. kabel a pokud bude veden hořlavým prostředím (krovy, nosné trámy) tak může způsobit požár. V případě, že přijímač (PC, TV atd.) nebude chráněn přepěťovou ochranou KPO, tak zničí i ten a dále poškodí část instalace rozvodu nn mezi místem připojení TV přijímače a rozvaděčem nn v objektu. Dále budou ohroženy na životě osoby a domácí zvířata nacházející se v blízkosti "špatné" vodivé cesty. Popsaná modelová situace je znázorněna na obr. 3.

obr 3

Praktická ukázka popsané modelové situace je na obr. 3a. V úterý 8. července 2014 ve večerních hodinách udeřil blesk do jímací soustavy hromosvodu rodinného domu v Jablonci nad Nisou. Část bleskového proudu zavlečená do domu "špatnou" vodivou cestou přes koaxiální kabely od antén propojených s jímací soustavou hromosvodu způsobila požár v půdním prostoru. Škoda na stavebním objektu (zapálená střecha) byla vyšetřovatelem hasičů předběžně odhadnuta na 200.000 Kč. Celková škoda na majetku bude pravděpodobně ještě vyšší. Fotografie a uvedené informace byly převzaty z Deníku Jablonecka. Na fotografii 3b je detail vyhořelé a plachtou nouzově zakryté části střechy poškozeného domu.

ohen
Obr. 3a. Požár střechy rodiného domu po úderu blesku do hromosvodu se špatně nainstalovanými TV anténami.

strecha
Obr. 3b. Detail instalace TV antén dle staré normy po úderu blesku (propojení s hromosvodem). 

Nyní si ukážeme, jak lze tento problém jednoduše vyřešit. Na obr. 4 je naznačena správná instalace antény dle nové normy EN ČSN 62305, která umožňuje instalovat antény v tzv. ochranném prostoru jímací soustavy hromosvodu. V tom případě vodivé části instalace antény nesmí být propojeny s vodiči jímací soustavy hromosvodu a "špatná" vodivá cesta pro tuto část bleskového proudu je tím spolehlivě přerušena, celý bleskový proud i při přímém úderu do jímací soustavy je pak sveden do uzemňovací soustavy a problém je vyřešen! Fotografie správné instalace TV antény v ochranném prostoru jímače hromosvodu a vodivě nepropojené s hromosvodem je na obr. 4.1

Pouze musíme výpočtem zkontrolovat tzv. dostatečnou vzdálenost “s” instalace antény od vodičů jímací soustavy hromosvodu, aby nemohlo dojít k přeskoku. Tuto vzdálenost od vodičů jímací soustavy musíme samozřejmě dodržet i pro každý kabelový svod (koax, UTP, napájení atd.) od antény k přijímači. To je také zásadní důvod, proč se nikdy nesmí k mechanickému uchycení kabelu anténního svodu využít drát svodu hromosvodu (obvyklá praxe=úmyslné snížení dostatečné vzdálenosti "s" na 0)!

Na fotografiích (obr. 4.2 až 4.4) jsou ukázky správných instalací poměrně složitých anténních systémů, které nejsou vodivě pospojovány s vodiči jímací soustavy hromosvodu (splnění podmínky dostatečné vzdálenosti "s") a proti přímému úderu blesku jsou chráněny instalací samostatných "oddálených jímačů".

obr 4

hromosvod

anteny 01

anteny 02anteny 03
Obr. 4.2 až 4.4 Fotografie správných instalací anténních systémů nepropojených s vodiči jímací soustavy hromosvodu a chráněných proti přímému úderu blesku oddálenými jímači.

obr 5

Oddálením antény od jímací soustavy hromosvodu jsme bezpečně vyřešili svedení bleskového proudu jedinou "správnou" cestou pouze do uzemňovací soustavy hromosvodu a zabránili jsme tomu, aby část bleskového proudu mohla projít "špatnou" cestou po vodičích připojených k našemu zařízení P. To, co jsme dosud ještě neřešili je otázka tzv. kapacitní vazby mezi bleskovým kanálem a instalací antén. I při splnění podmínky dostatečné vzdálenost "s" se vlivem parazitní kapacity malá část bleskového proudu (řádově v rozsahu stovek ampér až jednotek kA) přenese z jímací soustavy hromosvodu do antény a k ní připojenému svodu. Tato malá část bleskového proudu již nemůže ohrozit životy a bezpečnost osob a poškodit instalace nn v objektu, ale může způsobit výpadek z funkce a nebo i zničení připojeného přijímače.

Proto pro ochranu připojených zařízení instalujeme na konec svodů a co nejblíže k citlivým vstupům přijímačů přepěťové ochrany KPO, které zajistí spolehlivé svedení kapacitní složky bleskového proudu z vnitřního vodiče koax. kabelu na plášť a dále pak do necitlivého místa systému (EP). K tomu již lze bezpečně využít např. ochranných vodičů PE(N) stávajících instalací rozvodů nn v objektu tak, jak je naznačeno na obr. 5.

Častým dotazem který svědčí o neznalosti problému je, zda je možné přepětovou ochranu instalovat přímo u antény a její ochranný svorník připojit k vodičům jímací soustavy hromosvodu. Takové uspořádání je znázorněno na obr. 6.

Tímto způsobem, t. j. instalací přepěťové ochrany u oddálené antény a galvanickým připojením svorníku ochrany na vodič jímací soustavy hromosvodu bychom zrušili všechny výhody vytvořené oddálením antény a celou sestavu vrátili do stavu na počátku dle obr. 2 a to asi docela určitě nechceme.

obr 6

Existuje řada dalších “šikovných” opatřeních, jak lze i ve stávajících instalacích dle staré normy ČSN 34 1390 poměrně jednoduchými technickými prostředky výrazně omezit průtok části bleskového proudu "špatnou" cestou a ochránit tak připojená zařízení i stávající elektroinstalace rozvodů nn v objektech před poškozením a nebo zničením. Technické řešení takových opatření je případ od případu jiné, nutně vyžaduje prohlídku dané situace na místě, což je časově i finačně náročné a výrazně překračuje rámec této naší prezentace. V těchto případech doporučujeme našim zákazníkům, aby se obrátili na specializované hromosvodářské firmy, které dané problematice rozumí a také umí realizovat účinná technická řešení.

Pouze pro úplnost se alespoň okrajově zmíníme o často neřešeném problému ochrany kabelů UTP u instalací, ve kterých jsou anténa i přijímač instalovány na anténním stožáru v prostoru nechráněném proti přímému úderu blesku (zóna LPZ 0) a zpracovaný signál je následně metalickým vedením (kabel UTP, obvykle i s napájením PoE!) bez jakékoliv ochrany odváděn do vnitřního prostoru objektu. Protože ochrany pro kabely UTP nevyrábíme a ani neprodáváme, tak se s touto problematikou nebudeme podrobněji zabývat. Pouze vyslovíme názor, že ochrany různých výrobců v cenách kolem 500 Kč nic neřeší, protože ty jsou určeny pro ochranu kabeláže uvnitř objektů (zóny LPZ 1 a vyšší).

V tomto článku jsme se zabývali převážně obecným vysvětlováním toho, proč jsou instalace antén dle staré normy ČSN 34 1390 špatně. Návod ke správnému používání našich výrobků-přepěťových ochran BrOK® je popsán v článku "Správná instalace přepěťových ochran".

 

 

Ptejte se