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

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

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…

Více aktualit

Tipy a triky při instalaci přepěťových ochran (část 16)

Jak uzemnit hromosvod
 
Dalibor Šalanský, člen ILPC, Luma Plus, s. r. o.,
Jan Hájek, organizační složka Praha, Dehn + Söhne GmbH + Co. KG
 
Při studiu normy ČSN EN 62305 a zároveň jako reakce na mnohé dotazy projektantů a montážníků jsme si uvědomili, že orientace v systému uzemnění není tak přehledná, jak by se na první pohled mohlo zdát. Koneckonců v ČSN EN 62305-3 je uzemnění věnováno hodně prostoru. Dá se říci, že nestačí „hodit“ do země kus drátu, a tím považovat svod za uzemněný.
 
Všeobecné informace o uzemňovací soustavě
V příslušných článcích zmíněné normy lze získat základní informace. Nejprve o hodnotě zemního odporu – ten by měl být menší než 10 Ω, dále o tom, že tato hodnota je všeobecně doporučena, a nakonec, že tato hodnota není povinná. Naproti tomu to ale rozhodně neznamená, že hromosvodář nějak zanedbá svoji práci. Hodnotu zemního odporu nelze stanovit povinně. Např. v horách nebo v místech se skalnatým podložím by byl revizní technik ztracen a objekt by nemohl projít výchozí revizí, neboť takovéto hodnoty zemního odporu není v těchto místech většinou možné dosáhnout. Ale i na tyto eventuality je v normě pamatováno. Nicméně čím je hodnota menší, tím lépe pro celý ochranný systém.
 

Základní rozdělení uspořádání zemničů

 

Uspořádání typu A

Je třeba si vysvětlit, co lze považovat za uspořádání A, a co ne. Popis je jednoduchý. Je to vodorovný nebo svislý zemnič instalovaný vně chráněného objektu. Tyto zemniče musí být pro jakýkoliv objekt minimálně dva. To vyplývá z požadavku, že každý objekt musí mít minimálně dva svody (samozřejmě se zde nejedná o kovový sloup s anténami, který se celý používá jako náhodný svod, kde asi instalace dvou svodů nebude proveditelná).
 
V závislosti na požadované třídě ochrany před bleskem LPS (Lightning Protection System, systém ochrany před bleskem) pro daný objekt je odpovídajícím způsobem vyžadována i kvalita uzemňovací soustavy. Čím větší jsou požadavky na nadzemní část hromosvodu, tím větší požadavky jsou i na její uzemnění. Zde se situace trochu zanedbává, nebo spíše přehlíží. Je-li objekt zařazen do LPS III nebo LPS IV, nejsou na zemnič jako takový, popř. na jeho délku, kladeny téměř vůbec žádné požadavky. Podle této normy skutečně postačí položit ke každému svodu pětimetrový pásek nebo metr od objektu zatlouct
jednu zemnicí tyč. Dokonce i hloubka uložení vodorovného zemniče je stanovena na pouhých 0,5 m, nutné je pouze přihlédnout k prostředí a povětrnostním vlivům, tak aby nedocházelo k předčasné korozi nebo výrazným změnám zemního odporu při mrazu, popř. vysušení půdy. Každý zkušený hromosvodář se nad těmito údaji musí pozastavit. Komu se někdy povedlo dostat se pod hodnotu 10 Ω zatlučením jedné tyče nebo položením kousku pásku, může mluvit o velkém štěstí. Spíše se zde dá hovořit o hodnotách 50 až 200 Ω. Jenomže jak vyplývá z příslušných článků uvedené normy, skutečně pro objekty tohoto typu, popř. při zařazení do těchto LPS, není povinné téměř nic. To by byl ale rozhodně špatný přístup.
 
Pro LPS I a LPS II jsou ovšem kladeny daleko větší požadavky na uzemnění a zde lze vidět veliký rozdíl mezi zemniči typu A a typu B (graf). Je-li použit typ A, je nutné dodržet délku každého zemniče, a těch může být několik – podle počtu svodů. Kdežto u typu B jde o jeden zemnič, společný pro všechny svody. Pouze v případě, že požadavky uvedené v grafu pro daný zemnič nevyhoví (jeho celková délka, nebo zemní odpor), je třeba doplňovat další zemniče mimo objekt, a to pro každý svod. Se základovým zemničem uloženým v betonu by takové starosti neměly nastat, komplikace by mohly být pouze u velmi malých objektů. Pro názornost je zde na obr. 1 uveden příklad výpočtu zemniče.
 
Co je důležité u uspořádání typu A, je skutečnost, že není splněn požadavek na ekvipotenciální pospojování mezi svody (myšleno u země) neboli u místa hlavního ekvipotenciálního pospojování. Toto se velmi nepříznivě projeví při výpočtu dostatečné vzdálenosti s, kde za činitel kc je třeba dosadit hodnotu 1 v případě, že hodnota odporu jednotlivých svodů je rozdílná – a to je téměř pravidlo. Ze zkušenosti (a to nejenom z naší) lze potvrdit, že při měření zemního odporu několika svodů u většího objektu se hodnota často pohybuje v rozsahu několika ohmů.
 
Zpět k úvodu této části. Za zemnič A považujeme v každém případě samostatně uzemněné svody, ale i svody, které jsou sice mezi sebou propojeny, ale jejich uložení v zemině neodpovídá požadavkům kladeným na uspořádání typu B (není připojen nebo vůbec neexistuje základový zemnič).
 
Tento typ zemnění byl často používán u starších objektů, a to především v občanské zástavbě. V současné době není toto uspořádání doporučeno a přednostně by se mělo používat uspořádání, které je popsáno v dalším textu.
 

Uspořádání typu B

Toto uspořádání přináší (skoro) samé výhody oproti typu A. Asi nejdůležitější je, že je možné celkem jednoduše zajistit správné a kvalitní ekvipotenciální vyrovnání objektu. Nevýhodou tohoto zemniče je jeho ukládání do zeminy po dokončení stavby v případě, že se na něj zapomnělo (i takové případy jsme řešili).
 
Několik slov k popisu zemniče. Je uložen minimálně z 80 % své délky v zemině kolem objektu nebo je uložen v základech. Zemniče, které jsou uloženy v betonu, je vhodné doplnit na mřížové (obr. 2). Použití armování jako zemniče je popsáno dále. Pro ukládání platí stejná doporučení jako u předchozího typu. V případě uložení do zeminy by měl být zemnič umístěn asi 1 m od objektu.
 
A nyní podrobněji k zemničům uloženým v betonu. I zde platí pravidla, která je třeba dodržet při jejich instalaci. Prvním a základním předpokladem je to, že celý zemnič bude uložen v betonu (obr. 3, obr. 4 a obr. 5) a nebude ho náhodně opouštět. Zejména pásek nebo drát (přednostně pásek – má větší styčnou plochu s betonem a větší průřez) uložený na dně výkopu základu je třeba vhodným způsobem zajistit proti posunu při lití betonu. Mohou k tomu posloužit např. podpěry (obj. č. 290 001). Všechny vývody z takto betonem zalité desky k budoucím svodům je třeba spolehlivě ošetřit proti korozi. Vzhledem k tomu, že stejný materiál se v různých prostředích (např. zem–beton) chová elektricky odlišně, je vhodné k této skutečnosti také přihlédnout a zohlednit ji v celé aplikaci. Jelikož je v současné době rozšířené řešení připojení svodu k uzemnění přes zaváděcí tyče (obr. 6), lze doporučit používat tyče nerezové nebo v celé své délce izolované. Další propoj od tyče do betonu včetně svorky je třeba rovněž zaizolovat nebo použít nerezové součástky. Budou-li tyto součástky zaizolovány, nijak se to na celkové hodnotě zemního odporu neprojeví. Je-li zemnič včetně zaváděcích tyčí uložen v hlíně, je třeba především ošetřit vstup tyče do země, a to nejméně 30 cm nad i pod úrovní terénu. U nerezového provedení takovéto ošetření není nutné. Tyč o průměru 16 mm vyrobená z nerezové oceli rozhodně nebude první součástí, která u hromosvodů „odejde“. Co se týká dalších opatření proti korozi, všechny spoje (mimo svařované) by se měly proti ní tedy ošetřit. Např. v klasické křížové svorce mohou po zalití betonem nebo zasypáním půdou zůstat vzduchové bubliny. V nich samozřejmě kondenzuje voda a ta způsobí předčasnou korozi. Nerezovou ocel uloženou v betonu snad není třeba ošetřovat, nicméně v půdě, zejména silně jílovité, pravidlo ochrany platí.
 
Problematická situace nastává, jsou-li použity dva zemniče: jeden uložený v betonu a druhý v okolní půdě (popř. více zemničů v případě, že nevyhovuje hodnota zemního odporu nebo je základový zemnič příliš krátký). Za této situace je třeba kontrolovat vzájemnou reakci mezi materiály. Pozinkovaná ocel uložená v betonu se „nesnese“ s pozinkovanou ocelí uloženou v hlíně. Vzniká elektrický článek a v krátké době může dojít k odplavení vnějšího zemniče, popř. propojů na něj (záleží na nejslabším místě). Možná jsou dvě řešení, jak tomuto jevu zabránit. Buď se strojený a základový zemnič propojí jiskřištěm testovaným bleskovou vlnou 10/350 μs (obr. 7), nebo se vnější obvodový zemnič zhotoví z mědi či nerezové oceli (bohužel zemnič z nerezové oceli nebo mědi nebude zrovna levná záležitost). Tato poučka, popř. doporučení, které materiály mezi sebou lze kombinovat, se opakuje v normě na více místech. Jsou to opět pouze doporučení, ale nejsou samoúčelná. Jak zajistit stálý zemní odpor u zemniče, který přestane za pět let existovat?
 
Zajímavé např. je, že bude-li celý zemnič uložen v betonu, lze použít čistou „černou“ ocel neboli armovací pruty. Dokonce se to doporučuje jako přednostní řešení, které je také ekonomicky výhodné. Základní podmínkou je, aby ocel nebyla příliš orezivělá, zaoxidovaná vrstva by pak mohla působit jako izolant. Dále je třeba dbát na to, aby spoje byly provedeny buďto svařením, nebo kvalitním svorkováním (obr. 8). Pruty spojené pouhým drátkováním se nemohou použít, mohlo by dojít k roztržení betonu vlivem průchodu bleskového proudu. Vázané pruty se ale hodí jako doplňkové stínění, popř. ekvipotenciální
vyrovnání. Takže i klasický armovací rošt je výhodné nasvorkovat na zemnič (obr. 9).
 
Termíny černá vana (obr. 10) nebo bílá vana (obr. 11) se v normě nevyskytují, nicméně představují základovou vanu nějakým způsobem izolovanou proti vlhkosti. Je-li použita černá vana, představuje neizolovaný základ a zemnič uložený v základech lze považovat za dostatečný. Má styk (prostřednictvím betonu) s okolní rostlou půdou. Bílá vana je definice pro plně izolované základy. To znamená, že se nejprve položí slabá vrstva srovnávacího betonu, pak se uloží vodotěsná izolace a do ní teprve základový beton. Při uložení zemniče do tohoto betonu by nebyl vytvořen styk s okolní půdou, neboť tato izolace je zároveň výborné dielektrikum. S touto okolností se musí počítat již před započetím stavby a základový (mřížový) zemnič uložit pod izolaci do podkladového betonu (obr. 12). Jsou-li svody „přiznané“, postupuje se s jejich uzemněním stejně jako v předchozím případě. Ovšem bude-li v čisté vaně položen armovaný beton, je vhodné jej na zemnič připojit. Je třeba dát pozor na hladinu spodní vody!
 
Zvláštní pozornost při projektování a ukládání zemničů je třeba věnovat v případě rozsáhlých objektů, popř. několika samostatně stojících objektů, které ale mají být uvedeny na stejný potenciál (např. výrobní podniky). Celý areál by měl mít společnou mřížovou uzemňovací soustavu.
 

Odskok ke skalnatým podložím

Vytvořit účinný zemnič u již stojících objektů je docela zajímavá záležitost. Je třeba vytvořit zemnič typu B, tedy okružní, a zároveň jej doplnit na paprskový. Jenže do skály ho lze zakopat pouze stěží. V těchto výjimečných případech je třeba zemnič uložit na skálu a mechanicky jej ochránit vrstvou kamení nebo betonu. (No a změřte u takové instalace zemní odpor, ale to je jen třešnička na dortu, se kterou se málokdy setkáme.)
 

Zemniče a krokové napětí

Této situaci je třeba věnovat pozornost zejména u veřejných budov nebo u objektů, kde se shromažďuje velký počet osob. Příkladem může být zastřešení vchodů do hypermarketů. Při silné bouřce se asi většina lidí na odkrytou plochu parkoviště nevydá, a počká. Existuje několik opatření, jak krokovému napětí zabránit. Nejjednodušší je asi vytvořit velký izolační odpor (minimálně 5 kΩ) vrchní vrstvy terénu. Rezistivitu lze zajistit např. vrstvou asfaltu o tloušťce alespoň 5 cm. Dalším řešením je uložení husté mřížové uzemňovací soustavy, a tím vytvoření ekvipotenciálního vyrovnání. Ovšem tato operace není právě jednoduchá a levná. Mříž musí mít hustotu ok 3 m a zároveň směrem od objektu musí i klesat do hloubky (obr. 13). Asfalt je asfalt.
 

Materiály vhodné pro zemniče

Tab. 7 v normě ČSN EN 62305-3 hovoří jasně: u mědi je to průřez 50 mm2, u oceli a nerezové oceli drát o průměru 10 mm nebo pásek s průřezem 90 mm2 (další materiály viz tab.). A v tomto bodě pozor: zde už nejde pouze o doporučené, ale o povinné minimální rozměry. Materiál na uzemňovací soustavu, zejména uloženou v betonu, je třeba vybírat s velkou pečlivostí vzhledem k její trvanlivosti. Tomu samozřejmě musí odpovídat i následné provedení. Zejména se zde projeví nepříjemné elektrochemické účinky. Jde o součást hromosvodu, ke které v budoucnu již nikdy nebude umožněn přístup a i jakákoliv kontrola stavu bude velmi obtížná.
 

Vodiče, pásky, tyče a svorky pro uzemnění

Práce v úzkých výkopech není nic příjemného, proto je dobré si ji co nejvíce ulehčit. Pro podélná a příčná spojení pásku s páskem, popř. pásku s drátem se výborně hodí klínové svorky. Jsou bezšroubové a k jejich sestavení stačí několik ran kladivem. Obdobné provedení se dodává i pro spojení dvou drátů (obj. č. 308 001). Pro připojení armovacích želez různých průměrů ať k drátu nebo k pásku se používá mnoho svorek. Všechny jsou jednošroubé, a tím velmi usnadňují montáž (obj. č. 308 041). Zemnicí tyče o průměru 20 nebo 25 mm pro hloubkové zemniče jsou připraveny pro jednoduché použití. Samotnou tyč lze velmi jednoduše zatlouct kladivem (za použití speciální zatloukací hlavy) a poté připojit na pásek. Je-li třeba použít hloubkové zemniče, je systém těchto tyčí na takovou eventualitu velmi dobře připraven – jednoduše se sesazují do sebe. Ovšem pro zatlučení už nepostačí obyčejné kladivo, ale je třeba vibrační zatloukací mechanismus instalovaný na trojnožce (obr. 14). Hloubkové zemniče, které najdou využití zejména u uspořádání zemnění typu A, mají tu výbornou vlastnost, že se „propracují“ hluboko do podloží se stabilním a nízkým zemním odporem. Ocelové pásky a dráty pro uzemňovací soustavu by měly mít vrstvu zinku alespoň 50 μm pro kulaté profily a 70 μm pro ploché profily. Tyto hodnoty nejsou odborné veřejnosti příliš známé, a tak dochází k instalaci materiálů s hodnotami mnohem menšími.
 

Několik slov závěrem

Jak tedy pohlížet na novou normu? Jak si správně vysvětlit pojmy doporučuje se, měl by být, může? Třeba u oné hodnoty zemního odporu. Doporučuje se menší než 10 Ω. Berme to tak, že veškeré údaje v normě jsou pro nás jakési technické minimum, kterého bychom měli dosáhnout. Chceme-li, aby např. v oblasti ochrany před bleskem celý systém fungoval alespoň tak, jak je v normě uvedeno, měli bychom splnit všechny parametry v jednotlivých článcích, přestože začínají slůvkem může, doporučuje se. Nepodaří-li se nám je zajistit, nemůžeme se na systém spolehnout, tedy neodvedeme dobrou práci. Je třeba si uvědomit, že podaří-li se nám naopak tyto parametry zlepšit, projeví se to i ve zvýšené kvalitě celého systému. Zemní odpor o hodnotě 2 Ω je logicky lepší než 10 Ω. Velikost ok 5 × 5 m u mřížové uzemňovací soustavy je lepší než doporučených 10 × 10 m, už s ohledem na zabránění vzniku krokového napětí. Slůvko musí lze v normě najít jen na několika místech, a to tam, kde by jakákoliv jiná varianta nebo opomenutí znamenaly vážné snížení účinnosti ochranného systému. Takže je-li někde uvedeno může, doporučuje se, znamená to pro nás musí, anebo nějaké jiné, prokazatelně lepší řešení. Vše o uzemnění hromosvodu lze názorně vidět v animaci 07 Uzemneni na: http://www.kniska.eu/animace
(pokračování)
 
Obr. 1. Příklad výpočtu ekvivalent délky zemniče
Obr. 2. Všechny rošty jsou spojené svorkami s uzemňovací soustavou
Obr. 3. Zemnicí pásek uložený na vymezovacích vzpěrách
Obr. 4. Vývod pro připojení svodu opatřený izolací
Obr. 5. Dráty a pásky jako vývody pro ekvipotenciální přípojnice a připojení armovacích roštů
Obr. 6. Příklad použití zaváděcí tyče
Obr. 7. Jiskřiště testované bleskovou vlnou 10/350 μs
Obr. 8. Dráty a pásky uložené přes armovací rošt
Obr. 9. Svorky pro jednoduché připojení armovacích prutů
Obr. 10. Černá vana
Obr. 11. Bílá vana
Obr. 12. „Odkrytá“ uzemňovací soustava (s takovou zemí nebudou v budoucnu problémy)
Obr. 13. Uložení mřížového uzemnění pro ekvipotenciální vyrovnání
Obr. 14. Trojnožka pro zatloukání hloubkových zemničů
 
Tabulka materiálů, tvarů a minimálních rozměrů zemničů