Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Ochrana pred priamymi a blízkymi účinkami atmosférických výbojov

číslo 5/2003

Hlavní články

Ochrana pred priamymi a blízkymi účinkami atmosférických výbojov
Klasický a aktívny bleskozvod

Ing. Michal Ingeli,
autorizovaný inžinier SKSI a ČKAIT, člen SEIV, SEZ a ESČ

Problematika bleskosvodů a ochran před účinky přepětí je v České republice pojímána mírně odlišným způsobem, než je tomu u našich sousedů ve Slovenské republice. Vedle rozdílného přístupu pojišťoven může být konkrétním příkladem i skutečnost, že Česká republika nemá žádnou normu na užití a aplikaci tzv. aktivního bleskosvodu, zatímco ve Slovenské republice taková norma existuje (STN 34 1391:1998 – Aktívne bleskozvody), protože Slovensko převzalo francouzskou normu NFC 17-102:1995. Ve Francii jsou odpovědi na otázku aktivních bleskosvodů jednoznačně kladné, a to zejména ze strany výrobců tohoto zařízení. V České republice je instalováno také již několik set těchto bleskosvodů, ale žádná úprava se v tomto směru nepřipravuje (pouze se postupuje podle nedokonalé výjimky z ČSN 34 1390).

Základní norma pro ochranu před bleskem vyšla ještě v ČSSR v roce 1970 (ČSN 34 1390 – Předpisy pro ochranu před bleskem). Tato norma je v ČR platná, leč nezávazná (na Slovensku jako STN 34 1390 stále v českém jazyce), norma STN 34 1391 je v ČR neplatná.

Protože však obchodní, ale i organizační, technologické a mnohé další vazby mezi ČR a SR jsou stále velmi těsné (např. mnoho českých firem zřizuje své slovenské pobočky a zastoupení), není rozhodně na škodu seznámit se s problematikou ochran před účinky přepětí „po slovensku„. S výhledem na vstup do EU zřejmě dojde i k rozšíření pestrosti vztahů mezi oběma republikami a je pravděpodobné, že např. stavební firmy a zejména projektanti elektro budou stále více konfrontováni s otázkou bleskosvodů i pro oblasti na Slovensku.

Leto nás každoročne prekvapí častými búrkami, ktoré sú sprevádzané bleskami – fantastickým divadlom so svetelnými a akustickými efektmi. To, že sa približuje búrkové obdobie, naznačuje aj zvýšená aktivita investorov novostavieb i rekonštruovaných budov, ktorí pri príprave stavby zabudli na takú „zbytočnosť„, ako je ochrana pred bleskom a prepätím. Búrky s bleskami nemusia vznikať iba v letnom období. Z vlastnej skúsenosti môžem povedať, že pred Vianocami sa po záblesku spustila snehová fujavica. Blesky si vyberajú daň v podobe zničených budov a zariadení. Na Slovensku každoročne po zásahu bleskom zahynie alebo je zmrzačených niekoľko ľudí. Podľa literatúry je v USA ročne zasiahnutých bleskom 100 až 200 ľudí. Štatistiky v jednotlivých krajinách uvádzajú jednu až päť zasiahnutých osôb na jeden milión obyvateľov, ich počet klesá od rovníka smerom k pólom.

1. Populárny úvod do problematiky

Blesk je osobitný prípad striedavého prúdu s vysokou frekvenciou a intenzitou niekoľko desiatok kiloampérov a napätia niekoľko megavoltov.

Čiarový blesk je najčastejšie sa vyskytujúci jav; pozorovateľovi sa javí v podobe čiary, úzkeho pásu. Smeruje od oblaku k zemi alebo aj naopak. Býva najčastejšie bielej, bledobelasej alebo ružovej farby. Jeho dĺžka medzi oblakom a zemou dosahuje od niekoľko sto metrov až do troch kilometrov. Blesky smerujúce k zemi nemieria ihneď na určitý bod. Miesto úderu závisí od toho, kde je na zemi priestor s obzvlášť silným elektrickým poľom. Odtiaľ vyjde naproti blesku výboj, ktorý mu otvorí kanál, ktorým blesk „udrie„. Blesk môže udrieť do toho istého miesta aj niekoľkokrát za sebou. Najmä ak sa „terč“ zapáli. Dymové plyny totiž blesky výborne priťahujú.

Blesk nezasahuje vždy najvyššie umiestnené útvary, ale vyhľadáva miesta s dobrou vodivosťou, aj keď sa nachádzajú značne nižšie. Napríklad v kopcovitom teréne s riekou blesky udierajú do rieky častejšie ako do okolitých kopcov.

Štatistika uvádza, že každú sekundu je nad celou Zemou asi 100 bleskov, vtedy za hodinu je to 360 000 bleskov.

Intenzita elektrického prúdu v bleskoch v strednej Európe je v rozsahu 20 až 200 kA. Priemerný blesk má asi 1 700 kW·h elektrickej energie.

Guľový blesk sa zaraďuje medzi najzáhadnejšie prírodné javy, pretože o ich vzniku, podstate a vlastnostiach je málo vierohodných poznatkov. Zatiaľ vedci na celom svete nevlastnia ani jeden pôvodný snímok guľového blesku. Guľový blesk v tretine pozorovaných prípadov trval pol minúty, zvyčajne bol viditeľný kratšie ako päť sekúnd. Najväčšia ťažkosť pri odhaľovaní pravdy o guľovom blesku je v tom, že ho doteraz nebolo možné skúmať v laboratóriu. Z výpovedí očitých svedkov sa vie, že tento blesk sa vytvára v podobe gule s priemerom 10 až 20 cm, výnimočne aj 10 m. Niekedy má tvar elipsoidu, hrušky alebo reťazca spojených gúľ. Najčastejšie sa vyskytuje červený, žltý, biely a oranžovo-červený, obklopený žiarivým závojom.

Blesk z jasného neba – sú známe prípady, keď z jasnej slnečnej oblohy udrel blesk, ktorý usmrtil človeka. Pozorovatelia netušili, že o niekoľko kilometrov ďalej zúrila búrka, v ktorej si blesk vybral dráhu, na ktorej mu vzduch kládol najmenší odpor. Odlišné zvrstvenie atmosféry a tým aj rozdielna vodivosť pôsobili na jeho smer a kľukatenie. Po bezcieľnom putovaní oblohou, keď našiel antipól na zemi, udrel dolu.

Stromy v blízkosti budovy nebývajú ochranou pred úderom blesku, pretože mnohokrát blesk udrie do stromu, potom výboj preskočí na budovu a poškodí ju. Je zaujímavé, že blesk udiera do listnatých stromov častejšie ako do ihličnatých. Ihličnaté stromy obsahujú väčšie množstvo tuku, preto kladú bleskom väčší odpor. Blesk udiera pomerne často aj do topoľov, ktoré rastú v blízkosti vody, a teda zem pod nimi je vodivá. Rozštiepenie stromu po údere blesku sa vysvetľuje tým, že prúd prechádzajúci vláknami dreva zohrieva miazgu, ktorá sa prudko mení na paru. Jej objem sa pri tom zväčšuje viac ako tisíckrát, tým vzniká obrovský tlak a vnútri stromu nastane výbuch.

Účinok blesku na človeka
Priamy úder blesku do človeka je pomerne zriedkavým prípadom, končieva však väčšinou smrteľne. Na usmrtenie alebo vážne zranenie stačí, ak udrie blesk alebo jeho vetva do miesta, blízko ktorého človek stojí. Nepriamy zásah bleskom človek väčšinou prežije, ale aj vtedy je na záchranu života potrebná okamžitá prvá pomoc. Okolo miesta zásahu blesku sa utvorí kruh, v ktorom je krokové napätie také veľké, že ohrozuje ľudí aj zvieratá. Polomer tohto kruhu môže byť až 30 m.

Ochrana pred bleskom v dejinách
Už zo zápisov starých Egypťanov je možné sa dozvedieť, že pred viac ako tritisíc rokmi sa na ochranu pred bleskom stavali kovové tyče s pozlátenými hrotmi, hoci o podstate atmosférickej elektriny vtedy nemal nikto ani tušenia.

Benjamin Franklin (17. 1. 1706 – 17. 4. 1790, významný americký vědec a politik), už v roku 1749 navrhol, aby sa v blízkosti chránenej budovy postavili vysoké kovové uzemnené stožiare – bleskozvody. Nesprávne sa domnieval, že bleskozvod vysáva elektrinu z oblakov.

Václav Prokop Diviš (26. 3. 1696 – 21. 12. 1765, český přírodovědec a vynálezce). Instaloval první bleskosvod v českých zemích (1754, Přímětice u Znojma). Patrí tiež medzi významných vynálezcov bleskozvodu. Zostrojil tzv. meteorologický stroj, ktorý v skutočnosti nebol ochranou vysokých objektov, ale zariadením, ktoré odsávaním elektrického náboja z atmosféry malo vytvárať pekné počasie.

2. Ochrana pred bleskom z pohľadu legislatívy, poistenia a technických noriem

2.1 Terminológia
Slovensko: Podľa Krátkeho slovníka slovenského jazyka je bleskozvod „konštrukcia na odvádzanie blesku„ a hromozvod je synonymom slova bleskozvod. Slovo hromozvod sa používa v prenesenom význame „byť, stať sa hromozvodom„ – objektom, na ktorý sa prenáša zlosť. Výraz „bleskoistka„ v tomto najnovšom slovenskom slovníku vôbec nie je.

Česko: Podľa Slovníka spisovného jazyka českého je bleskosvod synonymum slova hromosvod, ale hlavne „člověk, na kterém se vybíjí něčí špatný rozmar„. Slovo hromosvod znamená „zařízení svádějící blesk do země“. Kupodivu tento český slovník obsahuje aj výraz bleskojistka, čo je „zařízení, které omezuje nebo zneškodňuje elektrické přepětí“.

Zaujímavé je, že oba slovníky uvádzajú „Hromnice„ ako náboženský sviatok slávený druhého februára a hromničky, popr. „hromničné svíčky zpravidla svěcené, rozsvěcované podle lidového obyčeje při bouři nebo u lože umírajícího„.

Zaujímavú definíciu uvádza Ottův naučný slovník z roku 1891: „Bleskovod čili hromosvod skládá se z několika mezi sebou spojených svodičů, které blesk určitým směrem převádějí z mračna elektrického do země“. Všimnime si, slovo bleskovod (nie bleskosvod) je utvorené obdobne ako vodovod, plynovod. Ešte v roku 1922 sa v českých technických podkladoch uvádza „bleskosvod„, avšak neskôr sa v Čechách zaužíval názov „hromosvod„, i keď pod hromom sa rozumie iba zvuková kulisa k blesku.

Základná norma pre ochranu pred bleskom je účinná od 1. 4. 1970, vyšla v ČSSR v českom jazyku ako ČSN 34 1390 pod názvom Předpisy pro ochranu před bleskem a uvádza príslušné ochranné zariadenia ako „hromosvody„ (takže za federácie nás pred bleskami chránili hromosvody, čo v zemiach českých platí dodnes). Platná STN 34 1390 dodnes nebola preložená do slovenčiny, preto treba slovo hromosvod v uvedenej norme po slovensky chápať ako bleskozvod.

Norma STN (ČSN) 34 1390:1970 – Predpisy na ochranu pred bleskom charakterizuje bleskozvod ako zariadenie na ochranu objektov pred bleskom. Pod objektom sa rozumie budova, technologické zariadenie, ale aj komín, produktovod alebo vzácny strom. Vhodnejšie sa mi zdá definovať bleskozvod ako „zariadenie na obmedzenie účinkov blesku na chránený objekt na prijateľnú mieru za rozumnú cenu„. Návrh ochrany pred bleskom a prepäťovými javmi je elektrotechnickou „alchýmiou„. Hľadanie kompromisného riešenia z pohľadu architektúry (čím menej drôtov!), ale aj z hľadiska ekonomického a bezpečnostného je veľmi obtiažne. Myslím si, že v budúcnosti sa v projektovaní elektroinštalácií popri silnoprúde, slaboprúde a MaR vyprofiluje ďalšia špecializácia dotýkajúca sa problematiky EMC, ochrany pred bleskom a prepätím.

Norma STN (ČSN) 34 1390 je síce platná, ale ako technický predpis je nezáväzná. Preto je potrebné pri obhajobe nutnosti riešenia ochrany pred bleskom a prepätím použiť silnejšie zbrane obsiahnuté v legislatíve, ktorú reprezentujú zákony, nariadenia vlády a vyhlášky.

2.2 Legislatíva
O nutnosti zriadenia bleskozvodu hovorila vykonávacia vyhláška FMTIR č. 83/1976 Zb. k stavebnému zákonu „O všeobecných technických požiadavkách na výstavbu„ v § 9 odst. (5) nasledovn „Stavby, pri ktorých vzhľadom na ich polohu, konštrukciu alebo spôsob užívania je zvýšené nebezpečenstvo zásahu bleskom alebo pri ktorých zásah bleskom môže viesť k vážnym následkom, sa vybavia ochranou proti blesku.„ Z uvedeného textu nevyplývala všeobecná povinnosť zriadiť na budove bleskozvod. Aj v súčasnosti sú kolaudované rodinné domy, na ktorých neinštalovaním bleskozvodu stavebník ušetril. Zákonom č. 237 Z. z. z 28. júla 2000, ktorým sa menil zákon č. 50/1976 Zb. (stavebný zákon), bola vyhláška č. 83 zrušená. Až po dvoch rokoch ju nahradila nová vykonávacia vyhláška stavebnému zákonu č. 532/2002 Z. z. Ministerstva životného prostredia SR z 8. júla 2002 (účinná od 1. decembra 2002), ktorou sa ustanovujú podrobnosti o všeobecných technických požiadavkách na výstavbu a o všeobecných technických požiadavkách na stavby užívané osobami s obmedzenou schopnosťou pohybu a orientácie.

O nutnosti zriadenia bleskozvodu hovorí vyhláška č. 532 v § 38 – Ochrana pred bleskom nasledovné: Ochrana pred bleskom sa zriaďuje na stavbe a zariadení tam, kde by blesk mohol spôsobiť:

  • ohrozenie života alebo zdravia ľudí,
  • poruchu s rozsiahlymi dôsledkami,
  • výbuch,
  • škodu na kultúrnej, prípadne inej hodnote,
  • prenesenie požiaru zo stavby na stavbu, ktorá podľa predošlých bodov musí byť chránená pred bleskom,
  • ohrozenie stavby, pri ktorej je zvýšené nebezpečenstvo zásahom blesku v dôsledku jej umiestnenia na návrší alebo vyčnievania nad okolie.

Z citácie vyhlášky v podstate vyplýva všeobecná povinnosť zriaďovať na budovách bleskozvody. Pri obhajobe nutnosti inštalácie bleskozvodu je možné sa oprieť aj nepriamo o zákon č. 50/1976 Zb. (stavebný zákon), kde v § 43d medzi základnými požiadavkami na stavby je uvedená bezpečnosť stavby pri jej používaní a požiarna bezpečnosť stavby.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že na Slovensku je obhajoba nezriadenia bleskozvodu (t. j. ušetrenia financií) na novej alebo rekonštruovanej budove nereálna.

Slovenská poisťovňa pokladá za priamy úder blesku bezprostredný prechod atmosférického výboja blesku na poistenú vec. Poisťovňa neposkytuje zatiaľ zľavy na poistnom pre objekty vybavené bleskozvodom. V poistných podmienkach je klauzula, že „poistený je povinný zabezpečiť dodržiavanie všeobecných právnych predpisov a noriem požiarnej ochrany alebo predpisov, ktoré ich nahrádzajú„. Poisťovňa nemá odborníkov na posúdenie, či budova má alebo nemá funkčný bleskozvod. Pri vzniku poistnej udalosti – škody od blesku, si poisťovňa dá externe vypracovať znalecký posudok. Podľa uváženia má poisťovňa možnosť krátiť plnenie poškodenému. V októbri 2002 usporiadala firma MIPEL Bratislava školenie z oblasti ochrany pred bleskom a prepätím za účasti asi 50 zamestnancov poisťovní. Jedna lastovička leto nerobí, ale verím, že sa pohnú ľady aj v poisťovniach a konkurenčné prostredie prinúti poisťovne zmeniť zaužívané názory.

S rozsiahlym používaním citlivej výpočtovej a telekomunikačnej techniky v našich firmách a domácnostiach si budeme musieť zvyknúť na skutočnosť, že materiálne škody spôsobené atmosférickými výbojmi a prepäťovými javmi na elektronických prístrojoch budú stále narastať. Treba poznamenať, že Slovenská poisťovňa vylúčila z poistenia škody „spôsobené indukovaným bleskovým prepätím„. Zariadenia sú poistené len pred „priamym zásahom bleskom„. Ja osobne som mal prvý osobný počítač v roku 1990 poistený ako zariadenie „proti krádeži, poškodeniu, ale nie poškodeniu elektronických častí(!)„. Čiže mal som z PC poistenú akurát plechovú skrinku... Takáto zmysluplná veta sa do poisťovacích podmienok pre PC preniesla z poisťovacích podmienok pre technologické zariadenia, ktoré mali „doplnené“ elektronické časti, napr. sústruh s riadením NC.

„Priamy zásah blesku„ do počítača alebo televízora umiestneného v budove sa dá iba ťažko predstaviť a použitie takýchto prístrojov mimo budovy pri búrke takisto nie. Je preto v záujme každého užívateľa budovy, aby mal ochranu pred bleskom a prepäťovými javmi na úrovni primeranej hodnote chráneného majetku. Žiaľ, väčšina poistených začne študovať poistné podmienky až po vzniku poistnej udalosti.

Posúdenie, či pri vzniku poistnej udalosti išlo o „priamy zásah blesku„ alebo „indukované bleskové prepätie„, závisí od likvidátora; ten je mnohokrát univerzálnym „odborníkom„ a jeho názor je individuálny a subjektívny.

Obr. 1.

Slovensko a Česko patria do oblasti so zvýšenou búrkovou činnosťou na celom území s priemerne 20 až 40 búrkovými dňami ročne. Takzvaná izokeraunická mapa Československa (obr. 1) bola uverejnená v ČSN 33 4010:1981 – Ochrana sdělovacích vedení a zařízení proti přepětí a nadproudu. Jej náhrada ČSN (STN) 33 4010:1989 túto mapu v prílohe už nemá. Slovenská časť izokeraunickej mapy bola prevzatá do normy STN 34 1391:1998 – Aktívne bleskozvody, kde sa používa pri výpočte účinnosti a návrhu aktívnych bleskozvodov.

Je nutné si uvedomiť, že návrh bleskozvodu podľa normy STN (ČSN) 34 1390, ale aj podľa medzinárodných noriem a predpisov vyhovuje s určitým stupňom bezpečnosti a ochrany osôb a majetku pred bleskom. Za zvlášť nepriaznivých okolností, spôsobených napr. výbojom blesku mimoriadne vysokých parametrov, môžu vzniknúť škody, i keď bude ochrana pred bleskom navrhnutá podľa normy a podľa najnovších poznatkov súčasnej techniky.

Účinnosť ochrany blížiacu sa k 100 % by mala ochranná sústava tvaru Faradayovej klietky, čo je pochopiteľne pre väčšinu budov neprijateľné. K tomuto tvaru sa približujú naše železobetónové „paneláky„, ale aj budovy s oceľovým skeletom a kovovým opláštením.

Obr. 2.

Bleskozvodové sústavy s vyšším stupňom ochrany sa urobia na objektoch s nebezpečenstvom požiaru alebo výbuchu horľavých kvapalín, plynov a horľavých prachov. Výrobne a sklady výbušnín musia mať okrem zvýšenej ochrany aj ochranu pre guľovým bleskom.

Na ilustráciu o účinkoch blesku správa z tlače – denník SME uvádza dňa 7. 6. 2000: Blesk narušil stenu Románskeho paláca na Spišskom hrade (obr. 2): severozápadná stena Románskeho paláca na Spišskom hrade je silne narušená po minulotýždňovom zásahu bleskom a hrozí jej zrútenie … Zásah blesku zaznamenali na Spišskom hrade viackrát, ale tento bol najničivejší. Poškodil stenu paláca aj elektrickú inštaláciu … Poškodenie Románskeho paláca zvýši sumu sanačných prác hradného brala a hradných múrov podľa predbežného odhadu o 700 tisíc korún.

Čo sa vlastne stalo na Spišskom hrade?

Pri svojej návšteve v júli 2000 som skonštatoval nasledovné: blesk, zrejme veľmi vysokých parametrov, udrel do veže zrúcaniny. Hlavná vetva blesku bola zvedená do zeme bleskozvodom. Bleskozvodná sústava nenesie žiadne stopy poškodenia. Jedna z bočných vetiev vyhĺbila jamu tvaru lievika šírky i hĺbky asi pol metra. Tlaková vlna, ktorá vznikla pri údere blesku, spôsobila rozbitie polkruhového skla šírky asi 8 m na expozícii a vypadnutie časti muriva na okne Románskeho paláca (obr. 3, 5). Samotná oprava muriva by nebola náročná, ale poškodené okno je na múre na hradnom brale vo výške asi 60 m, a preto veľké finančné prostriedky si vyžiada lešenie a statické zabezpečenie (obr. 3). Osobne si myslím, že k poškodeniu románskeho okna by bolo prišlo hocikedy i bez úderu blesku, napr. pri nízkom prelete lietadla. Degradáciu a rozpadávanie našich zväčša štátom „udržiavaných„ hradov a zámkov potvrdzuje aj posledný prípad – zrútenie múru dĺžky asi 30 m na Trenčianskom hrade, a to bez „pomoci„ blesku.

Obr. 3.

Na vyššie spomenutom Spišskom hrade došlo tiež k poškodeniu elektrického zariadenia – bočná vetva blesku udrela do závesného kábla napájajúceho zariadenie staveniska – sanácie a opravy Románskeho paláca. Prepätie sa po závesnom kábli prenieslo do technického objektu v dolnej časti hradu (asi 100 m nižšie) a bolo príčinou zničenia ústredne elektrickej zabezpečovacej signalizácie a zdroja UPS (obr. 6). V silových rozvodoch ani v slaboprúdových zariadeniach neboli použité prepäťové ochrany.

Podobné skúsenosti s poškodením alebo zničením elektronických zariadení po údere blesku sú aj z Bojnického zámku (telefónna ústredňa, kamery, EZS, EPS) aj z Trenčianskeho hradu (anténny komunikačný systém).

Na týchto všeobecne známych prípadoch je videť, že bleskozvod môže ochrániť pred priamym úderom blesku, popr. znížiť jeho účinky. K zamedzeniu následných škôd hlavne na elektronických zariadeniach je potrebné vykonať ďalšie opatrenia, správne navrhnúť a inštalovať prepäťové ochrany primerané k hodnote alebo významu chránenému majetku.

Je na projektantoch, aby zákazníkovi – investorovi ponúkli optimálne riešenie ochrany pred bleskom a prepätím z pohľadu bezpečnosti i finančných nárokov.

3. Klasický bleskozvod

Táto časť príspevku sa môže zdať pre zainteresovaných odborníkov zbytočná, avšak čitateľmi nie sú iba projektanti a revízni technici. Na nižšie uvedené definície a termíny sa budem odvolávať v ďalších častiach príspevku a tiež v článku o návrhu aktívneho bleskozvodu.

Obr. 4.

3.1 Bleskozvod
Bleskozvod vytvára umelú vodivú cestu k prijatiu a zvedeniu bleskového výboja. Má byť preto usporiadaný tak, aby úder blesku nastal predovšetkým do zberacieho vedenia. Každý bleskozvod má tieto tri hlavné časti:

  • zberacie zariadenie – zberač (tento termín doporučili jazykovedci, avšak v hovorovej reči sa používajú aj výrazy „zachytávacie„, „lapacie„, česky „jímací„) zariadenie,

  • zvod (zvody),
  • uzemnenie (uzemňovače).

Ktorákoľvek z týchto častí môže byť nahradená alebo doplnená konštrukciou alebo súčasťou objektu, pokiaľ vyhovuje požiadavkám na príslušné časti bleskozvodu. Nahradzujúce časti sa považujú za náhodné (zberače, zvody, uzemňovače) a doplňujúce časti za pomocné (zberače).

Podľa umiestnenia sa rozlišujú:

  • bleskozvody umiestnené na chránených objektoch,
  • bleskozvody umiestnené mimo chránený objekt – zberacie vedenie a zvody sú umiestnené vedľa chráneného objektu alebo nad ním.

Obr. 5.

Podľa stupňa poskytovanej ochrany, danej dôležitosťou objektu a veľkosťou možnej škody, sa rozlišujú:

  • normálne bleskozvody – so zberacím zariadením a vedením aj zvodmi dimenzovanými podľa príslušných ustanovení prvej časti STN (ČSN) 34 1390,

  • zosilnené bleskozvody – so zberacím zariadením a vedením aj zvodmi bohatšie dimenzovanými než u normálnych bleskozvodov, pri čom sa prihliada k dôležitosti objektu a k požiadavkám na zvýšenú bezpečnosť.

Podľa prevedenia a riešenia zberacieho zariadenia sa rozlišujú:

Hrebeňová sústava (obr. 7) – zberacie vedenie na hrebeni strechy, na pultovej streche na jej vyššej hrane, prevyšujúce dolný okraj strechy aspoň o 1 m. Žiadny bod strechy nemá byť od zberacieho vedenia ďalej ako 10 m, merané v priemete strechy do pôdorysu. Používa sa na strechách sedlových, valbových, polovalbových, pultových, pilových.

Mrežová sústava (obr. 7) – sieť zberacích vedení, ktoré sú v mieste vzájomného kríženia spojené, krajné vodiče sledujú vonkajšie obrysy strechy. Ktorýkoľvek bod strechy má byť od zberacieho vedenia vzdialený najviac 10 m, pri čom rozmer ôk smie byť max. 20 × 60 m. Používa sa na strechách plochých, hangárových, pultových a sedlových, u ktorých hrebeň neprevyšuje dolný okraj strechy viac ako o 1 m.

Tyčový bleskozvod (obr. 7) – tvorený zberacími tyčami umiestnenými v miestach najpravdepodobnejšieho zásahu blesku. Zberacie tyče sa väčšinou používajú na ochranu jednotlivých predmetov vyčnievajúcich nad okolie a ako doplnok iných sústav. Samotný tyčový bleskozvod sa používa na stanovej streche, na komínoch a vežiach s potrebným počtom zvodov.

Obr. 6.

Oddialený bleskozvod – žiadnou časťou nie je pripevnený na chránenom objekte ani s ním vodivo spojený. Chránený objekt musí byť v ochrannom priestore bleskozvodu. Podľa prevedenia sa delí na:

  • stožiarový – zberač upevnený na stožiari dostatočne prevyšujúcom chránený objekt, obr. 7,

  • závesový – lano zavesené nad chráneným objektom v smere jeho pozdĺžnej osi; ak je rozpätie väčšie ako 20 m, robí sa bleskozvod krížový alebo hviezdicový,

  • klietkový – tvorený sieťou zberacích vedení zavesenou nad chráneným objektom, oká s rozmermi max. 20 × 20 m.

3.2 Vedenia a zvody
Vedenia a zvody majú byť pripevnené na objekte a majú byť podľa možnosti rovné, bez zbytočných ohybov a zlomov. Zvody k uzemňovačom majú byť čo najkratšie a majú byť prirodzeným pokračovaním zberacieho zariadenia. Rozmiestnenie zvodov má byť rovnomerné po celom obvode objektu a má zodpovedať rozmiestneniu uzemňovačov.

Počet zvodov sa riadi pôdorysnými rozmermi, tvarom strechy a výškou objektu:

  • objekt obdĺžnikového pôdorysu s pomerom šírky k dĺžke najviac 1 : 5 – musí byť na každých aj začatých 15 m dĺžky objektu jeden zvod,

  • objekt obdĺžnikového pôdorysu s pomerom šírky k dĺžke väčším ako 1 : 5 a pri objekte s iným alebo členitým pôdorysom – musí byť na každých aj začatých 30 m dĺžky obvodu pôdorysu jeden zvod,

  • na menších objektoch majú byť aspoň dva zvody čo najďalej od seba; na jednopodlažných budovách s obvodom do 40 m s dlhšou stranou menšou ako 15 m stačí jeden zvod,

  • na objektoch vyšších ako 30 m (nad zemou) musí byť zvod na každých aj začatých 15 m dĺžky obvodu pôdorysu,

  • pre objekty s priestormi s nebezpečenstvom požiaru alebo výbuchu platia podstatne prísnejšie pravidlá,

  • na vysokých a štíhlych objektoch (veže, komíny) vyšších ako 30 m musia byť aspoň dva zvody, podľa možnosti na protiľahlých stranách, pri čom jeden z nich má byť na strane chránenej proti prevládajúcim vetrom, spravidla na východnej strane.

Vodiče na bleskozvodové vedenia a zvody – uvedené sú len najpoužívanejšie vodiče podľa STN 34 1390 aj so zmenou 4/2000: viď tab.1 a tab. 2.

Tab. 1. Povrchové vedenia – zvody

Druh vodiča Rozmery alebo prierez vodiča
pozinkovaný oceľový drôt Ć 6 a 8 mm
pozinkované oceľové lano 50, 70 a 95 mm2
pozinkovaný oceľový pás 3 × 20 mm
medený drôt Ć 6 a 7 mm
medené lano 25 mm2
hliníkový drôt Ć 10 mm
hliníkové lano AlFe 6 50, 70 a 95 mm2
AlMgSi (Aldrey) 8 mm (drôt), 35 mm2 (lano)

Tab. 2. Vodiče na skryté zvody

Druh vodiča Minimálne rozmery alebo prierez vodiča pre skrytý zvod
voľne uložený pevne uložený
pozinkovaný oceľový drôt Ć 8 mm Ć 10 mm
pozinkované oceľové lano 50, 70 a 95 mm2 neprípustné
pozinkovaný oceľový pás 3 × 20 mm 4 × 30 mm
nehrdzavejúca oceľ – drôt*) Ć 8 mm Ć 10 mm
nehrdzavejúca oceľ – pás*) 3 × 20 mm 4 × 30 mm
AlMgSi (Aldrey) – drôt*) Ć 8 mm
medený drôt*) Ć 7 mm

*) tieto vodiče sú uvedené iba v zmene 4 STN 34 1390. V ČSN 34 1390 nie sú uvedené!

Poznámky k časti 3:

a) Minimálne vzdialenosti („výšky podpier„) od krytiny strechy alebo stien uvedené v čl. 71 STN (aj v ČSN) 34 1390 sa zmenou č. 4 nemenia, je ich však možné zmenšiť pri dodržaní ďalších podmienok.

Všeobecne:

  • na prevažnú väčšinu horľavých a nehorľavých krytín šikmých striech a stien je možné použiť podpery s výškou min. 3 cm,

  • na prevažnú väčšinu plochých striech je možné použiť podpery s výškou min. 5 cm.

Príklady bleskozvodov, ktoré zmena č. 4 STN (aj ČSN) neovplyvní:

  • pri použití tradičnej krytiny zo slamy alebo trstiny bude výška podpier min. 20 cm,

  • drevený sklad výbušnín bude mať izolačné podpery bleskozvodového vedenia vysoké min. 0,5 m podľa STN 34 1390, časť IV, kapitola F.

Obr. 7.

b) Možno použiť aj ďalšie zliatiny hliníka (Al) s podobnými mechanickými a elektrickými vlastnosťami ako Aldrey. Lano Aldrey 35 mm2 sa používa na závesné a klietkové sústavy.

c) STN 34 1391 – Aktívne bleskozvody uvádza pre najpoužívanejšie materiály na zvody minimálny rozmer pozinkovaného oceľového, medeného i nerezového drôtu 8 mm.

Slovenská norma STN 34 1391:1998 – Aktívne bleskozvody vznikla prebratím francúzskej normy NF C 17-102:1995 Protection of structures and open areas against lightning using early streamer emission air terminal, doslovne Ochrana objektov a otvorených plôch pred bleskom s použitím zberača (jímača) s rýchlou emisiou výboja. Uvedenú normu NF C 17-102 prebralo ešte Španielsko a Juhoslávia. Česká republika normu o aktívnych bleskozvodoch nemá. Ako môžu postupovať českí projektant, naznačím v budúcom príspevku.

Z finančných dôvodov sa niektorí investori až v poslednej etape výstavby rozhodujú, či si dajú namontovať klasický alebo aktívny bleskozvod. Aj to je jeden z dôvodov, prečo v projektoch nedoporučujem navrhovať hlavné zberacie vedenie a zvody z drôtov s menším priemerom ako 8 mm a lán s prierezom menším ako 50 mm2. Z hľadiska zvedenia bleskového prúdu do zeme by bolo vhodnejšie používať páskové vodiče, ktoré majú pri rovnakom priereze väčší povrch. Vhodný je napr. pás FeZn 3 × 20 mm.

d) Zmena 4 predpisovej normy STN (ČSN) 34 1390 umožňuje vytvorenie predmetových podnikových noriem pre výrobu nových bleskozvodových podpier a ďalších súčastí na báze plastov, pozinkovanej ocele, medi a nerezu. Chýbajú napr. podpery na páskové vodiče. Je to príležitosť pre slovenské a české firmy, ktoré hľadajú vhodný výrobný program.

4. Aktívny bleskozvod

V tejto časti sa budem venovať použitiu aktívnych bleskozvodov (ďalej aj AB). K dispozícii je niekoľko typov od viacerých výrobcov, nebudem sa venovať princípu ani obhajobe ich použitia. Sú mi dobre známe argumenty jednej strany (výrobcov AB) aj odporcov – či už z radov teoretikov alebo výrobcov klasických bleskozvodov. Asi dvadsaťročné používanie aktívnych zberačov typu PULSAR a obdobných neumožňuje jednoznačné stanovisko: áno alebo nie. Myslím, že keď je aktívny bleskozvod správne navrhnutý v súlade s normami, ktoré budú spomenuté nižšie, tak skôr „áno„!. Ako projektant sa na aktívny bleskozvod môžem pozrieť ako na fungujúci „black box„ teda obdobne ako na iné zariadenia, ktoré v projekte pripájam: svietidlo, transformátor, elektromotor atd., za ktoré ako za výrobok alebo zariadenie zodpovedá predovšetkým výrobca alebo dovozca. Mojím záujmom je vniesť do problematiky aktívnych bleskozvodov systém, t. j. ich návrh, projekt, montáž a revíziu vykonávať podľa platných noriem pre aktívne bleskozvody: NFC 17 – 102:1995, ktorej prekladom vznikla STN 34 1391:1998.

Obr. 8.

Žiaľ, predovšetkým z ČR spolu s investormi na Slovensko prichádzajú tendrové projekty na hypermarkety, kde sa môžeme dočítať nasledovné perly: „Objekt bude chráňen mřížovou hromosvodou soustavou s dvěma svody, doplněnou o aktivní hromosvod PULSAR. Uzemnění bude samostatné 3 měděnými zemnicími tyčemi„.

Podotýkam, že typový hypermarket má rozmery asi 80 × 80 m. V projekte nie je ani zmienka o výpočte rizika úderu, účinnosti bleskozvodovej sústavy, o výkonovom type (rozdiel v cene môže byť až sto tisíc korún), ochrannom priestore, uzemnení v základoch, bezpečnej vzdialenosti elektrických zariadení atď. (Urobte z takéhoto podkladu serióznu ponuku... A ešte do zajtra do 8.00!)

Aktívne bleskozvody predstavujú nový trend ochrany objektov pred bleskom pri využití najnovších poznatkov vedy a techniky. Prvý aktívny bleskozvod v Slovenskej republike bol inštalovaný dňa 1. 3. 1995 na výrobnom objekte Slovenskej grafie v Bratislave. Aktívne bleskozvody sú inštalované na administratívnych budovách a priemyselných prevádzkach, ale aj na bytových a rodinných domoch (obr. 8).

Aktívny bleskozvod v našom ponímaní neobsahuje žiadny napájací zdroj a ani jadernú časť, svoju energiu odvodzuje z okolitého elektrického poľa existujúceho počas búrky, funguje na princípe nabíjania kondenzátora a násobiča napätia. Krátky a výstižný názov PULSAR sa stal synonymom pre aktívny bleskozvod.

Na „pulznom„ princípe funguje aj najnovší typ aktívneho bleskozvodu – CIRRUS, ktorého aktívna časť je ukrytá v nerezovej rúrke 28 mm a je takmer k nerozoznaniu od klasickej Franklinovej zberacej tyče (obr. 9).

Obr. 9.

Aktívny bleskozvod:

  • je ideálnou náhradou mrežovej siete pre budovy s plochou strechou alebo sedlovou strechou s malým sklonom,

  • je možnou náhradou oddialeného bleskozvodu,

  • umožňuje riešiť bleskozvod na pochôdznych strechách,

  • je možné odporučiť pre reprezentačné, historické a pamiatkovo chránené budovy, t. j. kde estetický vzhľad alebo bezpečnosť sú dôležitejšie ako cena investície.

Výhody ochrany objektov s použitím aktívneho bleskozvodu:

  • zjednodušenie bleskozvodovej sústavy,

  • úspora bleskozvodového materiálu, vodičov na zberacie vedenia a zvody,

  • na spojenie s uzemnením stačia jeden, popr. dva zvody,

  • zlepšenie vzhľadu objektov – zmenšenie počtu rušivých bleskozvodových prvkov (vodičov, podpier, svoriek, tyčí) na strechách a fasádach,

  • ochrana pred bleskom takých objektov, ktorých riešenie by podľa normy STN (ČSN) 34 1390 v podstate nebolo možné (tvar objektu, strechy, použité materiály na konštrukcie, historické budovy atď.) alebo by znehodnotilo architektonický vzhľad,

  • riešenie bleskozvodov s rôznym stupňom ochrany podľa STN 34 1391 a tým aj garanciou účinnosti ochrany 0,8 až 0,98; s použitím prídavných opatrení sa účinnosť blíži k 1 (t. j. 100 %),

  • minimálne náklady na údržbu a pravidelné odborné prehliadky (revízie),

  • možnosť inštalácie počítadla bleskových úderov,

  • životnosť aktívnej časti porovnateľná so životnosťou objektu,

  • poskytovaná záruka desať rokov na aktívnu časť,

  • pozitívne skúsenosti z inštalácie niekoľko stoviek kusov aktívnych bleskozvodov na Slovensku a vyše tisíc kusov v Čechách.

5. Záver

Na záver niekoľko myšlienok, ktoré môžu pomôcť pri rozhodovaní o správnej ochrane pred bleskom:

  • Z doterajších skúseností vyplýva, že pre väčšie objekty, popr. skupinu budov, môže byť aktívny bleskozvod investične i prevádzkovo výhodný. Podľa prepočtu sú investičné náklady približne rovnaké pre budovy (s výškou do 28 m) vyžadujúce asi päť až osem zvodov klasického bleskozvodu, t. j. s dĺžkou obvodu asi 150 m a viac. Garantovaná účinnosť aktívneho bleskozvodu je však spravidla vyššia.

  • Na trhu aktívnych bleskozvodov sa vyskytujú aj nefunkčné prvky a otvorené iskrištia prezentované ako aktívne bleskozvody a predávané za lukratívne ceny. Odporúčam vyžadovať od dodávateľa – predajcu certifikáty z medzinárodne uznávaných skúšobní a nie iba zo školských (i keď univerzitných) laboratórií. Samozrejmosťou je potvrdenie platnosti certifikátov a meracích protokolov na Slovensku, ktoré vydá Technická inšpekcia Slovenskej republiky. Je vhodné tiež vyžiadať si referencie z jestvujúcich inštalácií u nás i v zahraničí.

  • Pre každý konkrétny prípad musí byť aktívny bleskozvod navrhnutý podľa technických podmienok výrobcu schválených Technickou inšpekciou SR a v súlade s STN 34 1391.

  • Upozornenie: norma STN 34 1391 – Aktívne bleskozvody uvádza pre najpoužívanejšie materiály na zvody minimálny rozmer pozinkovaného oceľového, medeného i nerezového drôtu 8 mm. Je to pochopiteľné, pretože aktívny bleskozvod má spravidla jeden, maximálne dva zvody a celý bleskový prúd sa týmito vodičmi musí bezpečne zviesť do zeme bez toho, aby došlo k neprimeranému zohriatiu vodičov, poškodeniu vodičov, popr. chráneného objektu.

Príspevok v nasledujúcom čísle bude venovaný skúsenostiam s používaním aktívnych bleskozvodov v praxi. Uvedená bude ukážka výpočtu účinnosti, návrhu a projektu aktívneho bleskozvodu, ďalej požiadavky na montáž a revíziu. Pred ukončením sú práce na výpočtovom programe PERUN na výpočet zbernej plochy a účinnosti aktívneho bleskozvodu, na výpočet bezpečnej vzdialenosti, na návrh vhodného typu aktívneho bleskozvodu PULSAR a CIRRUS. Pre záujemcov bude program bezplatne k dispozícii. Distribúciu uvedeného softvéru na Slovensku zabezpečí autor tohto príspevku, v ČR firma NUAGE Praha.

Literatúra:

[1] HLAVÁČ A.: Bojíte sa blesku? Alfa, 1986.

[2] STN (ČSN) 34 1390:1970, zmena a 11-12/79, b 5/85, c 1/88, 4 11/2000 Predpisy na ochranu pred bleskom (v ČR platí zmena č. 4/1996).

[3] STN 34 1391:1998 Výber a stavba elektrických zariadení. Ochrana pred bleskom. Aktívne bleskozvody.

[4] STN (ČSN) 35 7610 až 35 7635:1961 Súčasti bleskozvodov a uzemnení.

[5] STN (ČSN) 33 2000-5-54:2000 Elektrické inštalácie budov. Časť 5: Výber a stavba elektrických zariadení – Kapitola 54: Uzemňovacie sústavy a ochranné vodiče.

[6] Krátky slovník slovenského jazyka. VEDA, Vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, Bratislava, 1997.

[7] Slovník spisovného jazyka českého. Academia, Československá akademie věd, Praha, 1989.

(Obrázky č. 2 a 4 byly převzaty z časopisu Světlo č. 1, 2003).