Modelování valící se koule hromosvodu: Komplexní průvodce návrhem a aplikací
Hromosvod, neboli vnější systém ochrany před bleskem (LPS), je klíčový prvek protipožární ochrany budov a zajištění bezpečnosti osob uvnitř i v okolí stavby. Správný návrh a instalace hromosvodu minimalizuje riziko požáru, mechanického poškození a úrazu způsobeného bleskovým proudem. Norma ČSN EN 62305-3, která se zabývá ochranou před bleskem, definuje postupy pro projektování a instalaci vnější ochrany, včetně různých metod návrhu jímací soustavy. Mezi tyto metody patří metoda ochranného úhlu, mřížové soustavy a metoda valící se koule.
Metody návrhu jímací soustavy
Při návrhu jímací soustavy vnějšího LPS je důležité zvolit vhodnou metodu, která odpovídá geometrii a charakteru chráněného objektu. Norma ČSN EN 62305-3 uvádí tři základní metody návrhu:
- Metoda valící se koule: Tato metoda je univerzální a doporučuje se pro geometricky složité stavby, ale je vhodná i pro jednoduché objekty. Simuluje proces, kdy se vstřícný výboj ze země nebo z jímací soustavy setkává s vůdčím výbojem sestupujícím z mraku. Poloměr valící se koule je závislý na třídě LPS (úrovni ochrany před bleskem).
- Metoda mřížové soustavy: Tato metoda je vhodná pro ochranu plochých střech, nezávisle na jejich výšce. Jímací soustava by měla být umístěna na vnějších hranách stavby. Kovová atika může být použita jako náhodný jímač, pokud splňuje požadavky na dimenzování.
- Metoda ochranného úhlu: Tato metoda je odvozena od metody valící se koule a je vhodná pro budovy s jednoduchými tvary. Je však omezena výškou vztahující se k úrovni chráněného zařízení. Ochranný úhel tyčového jímače je závislý na třídě LPS.
Tyto tři metody lze kombinovat v rámci návrhu jedné stavby pro dosažení optimální ochrany.
Metoda valící se koule: Detailní pohled
Metoda valící se koule je založena na elektromechanickém modelu vývoje dráhy blesku. Podle tohoto modelu se od čela blesku může rozvinout dráha blesku tak, že čelo se posune do míst tvořících kulovou plochu se středem v čele blesku. Pokud se tato kulová plocha dotkne povrchu objektu v nechráněném volném prostoru, může blesk přímo uhodit do objektu v místě doteku.
Představte si, že necháte tuto pomyslnou kouli odvalovat po objektu a jeho okolí. Místa, kde se koule dotkne objektu a zároveň se nedotýká jímací soustavy nebo země, jsou potenciálně ohrožena zásahem blesku a musí být chráněna. Poloměr koule závisí na úrovni ochrany před bleskem (LPL) a je určen vzorcem:
Čtěte také: Ekonomický cyklus a podpora rodin
R = 10I^0.65 (m; kA)
kde R je poloměr koule v metrech a I je vrcholová hodnota bleskového proudu v kiloampérech (kA).
Praktické využití metody valící se koule
Metoda valící se koule umožňuje projektantům identifikovat ohrožené plochy a části budovy, a naopak, části budovy chráněné polohou. Na ohrožených plochách je třeba instalovat jímače tak, aby se valící koule dotýkala pouze země a vnější ochrany, nikoliv chráněného povrchu budovy.
Chráněný prostor vytvořený LPS je prostor, kam se valící se koule daného poloměru nemůže dostat - kam nemůže proniknout, protože narazí na zem a hromosvodní soustavu, popř. na dvě části budovy, apod.
Rozdíly v ochranném prostoru: Metoda valivé koule vs. metoda ochranného úhlu
V praxi se může stát, že při návrhu hromosvodu vychází rozdílný ochranný prostor při použití metody ochranného úhlu oproti metodě valivé koule. Důvodem je, že metoda ochranného úhlu je zjednodušující a není vědecky zdůvodnitelná jako metoda valivé koule. Proto se v poslední době objevují názory, že by v normě měla být uvedena pouze metoda valivé koule, která má vědecké zdůvodnění.
Čtěte také: Modelování interiéru svépomocí
V takových případech je doporučeno zohlednit rozdíly v ochranném prostoru a z každé metody vzít přísnější požadavky, čímž se zajistí vyšší úroveň ochrany.
Modelování v 3D prostoru
U složitějších struktur, kde použití 2D zobrazení nemusí dávat správný výsledek, se doporučuje používat programy modelující metodu valící se koule v 3D prostoru. Tyto programy umožňují import objektu z CAD softwaru nebo modelování s využitím knihovny vzorových objektů. Program následně označí na objektu místa kontaktu koule o poloměru R s objektem, čímž usnadní návrh a kontrolu úplnosti vnější ochrany před bleskem.
Soustava svodů: Klíčový prvek hromosvodu
Svody jsou elektricky vodivá spojení mezi jímací a uzemňovací soustavou. Jejich úkolem je bezpečně svést bleskový proud do země. Svody by měly být navrženy tak, aby na stavbě nevznikly škody jejich nedovoleným vysokým oteplením.
Počet svodů je závislý na třídě LPS a určuje se podle délky obvodu střešních hran stavby. Geometrické rozmístění svodů a okružního vedení ovlivňuje dostatečnou vzdálenost. Svody je nutné rozmístit pokud možno tak, aby vytvořily co nejkratší přímé a svislé spojení jímací soustavy se zemí.
Dostatečná vzdálenost: Prevence přeskoků bleskového proudu
Elektrické izolace mezi jímací soustavou nebo svody na jedné straně a chráněnými kovovými instalacemi i elektrickými, signálními a telekomunikačními zařízeními uvnitř objektu na druhé straně může být dosaženo dodržením dostatečné vzdálenosti s mezi těmito díly:
Čtěte také: Environmentální modelování: hlubší analýza
s = ki (kc/km) l (m)
kde:
- ki je koeficient závislý na třídě LPS,
- kc je koeficient závislý na bleskovém proudu, který může protékat svody,
- km je koeficient závislý na materiálu elektrické izolace,
- l je délka v metrech podél jímací soustavy nebo délka svodu od bodu, kde by měla být zjištěna dostatečná vzdálenost, až k nejbližšímu vyrovnání potenciálů.
Při úderu blesku do jímací soustavy budovy poteče bleskový proud co nejkratší a nejpřímější cestou do uzemňovací soustavy. Proto by se při výpočtu dostatečné vzdálenosti s neměla počítat vzdálenost jen ve vodorovném, ale především ve svislém směru (kritické místo instalace).
Uzemnění: Základ bezpečné ochrany před bleskem
Uzemnění je klíčovou součástí hromosvodu, která zajišťuje bezpečné svedení bleskového proudu do země. Důležitými kritérii uzemnění jsou takový tvar a rozměry, aby došlo k rozptýlení bleskového proudu do země (vysokofrekvenční chování) a byla zmenšena nebezpečná přepětí. Všeobecně je doporučen odpor nižší než 10 Ω.
Z hlediska ochrany před bleskem je třeba upřednostnit jednu integrovanou uzemňovací soustavu stavby, která je vhodná pro všechny instalace, např. ochranu před bleskem, silnoproudé a telekomunikační systémy.
Pro uzemnění se používají dva základní typy zemničů:
- Uspořádání typu A: Skládá se z vodorovného nebo svislého zemniče instalovaného vně chráněné stavby a spojeného s každým svodem. Pro uspořádání typu A nesmí být počet zemničů menší než dva.
- Uspořádání typu B: Skládá se buď z obvodového zemniče vně chráněné stavby uloženého nejméně 80 % své celkové délky v zemině, nebo ze základového zemniče. Takový zemnič může být i mřížový. Obvodový zemnič by měl být přednostně uložen v nezamrzající hloubce země a ve vzdálenosti přibližně 1 m od vnějších zdí stavby.
Hloubka uložení a typ zemniče je nutné zvolit tak, aby byl minimalizován vliv koroze, vysušování a promrzání půdy a dohodnutý zemní odpor vodiče zůstal stálý. Pro třídy LPS I a II by měla být zkontrolována navržená uzemňovací soustava.
Prostory s nebezpečím výbuchu: Zvláštní požadavky na ochranu
Norma ČSN EN 62305-3 obsahuje i informace důležité pro návrh, projektování, rozšíření a změny LPS pro stavby s prostory s nebezpečím výbuchu. Je-li nutné zřídit ochranu před bleskem na právním základě nebo podle výsledku výpočtu rizika podle ČSN EN 62305-2, měla by být použita minimálně třída LPS II.
LPS by měl být navržen a proveden tak, aby při přímém úderu blesku nedošlo kromě místa úderu k žádnému tavení a rozstříknutí materiálu. Montážní firma či projektant by měli mít k dispozici výkresy chráněných zařízení s odpovídajícím vyznačením prostorů, kde jsou uskladněny pevné výbušniny, nebo se s nimi manipuluje a rovněž nebezpečných prostorů podle IEC 60079-10 a IEC 61241-10.
Izolovaný hromosvod: Alternativní řešení ochrany
Pro vytvoření koncepce izolovaného (oddáleného) hromosvodu je současně třeba splnit tyto dva požadavky:
- všechny předměty související s vnitřní instalací umístit do prostoru jímací soustavy,
- dodržet podmínky pro dostatečnou vzdálenost (elektrická izolace).
Díky této koncepci nepotečou do chráněné stavby ani dílčí bleskové proudy. Příkladem izolovaného hromosvodu je koaxiální vodič HVI. Tento vodič je tvořen měděným drátem o průřezu 19 mm2 s tlustostěnnou vysokonapěťovou izolací a vnějším povětrnostně stálým pláštěm. Vodič HVI by se měl spojit s vyrovnáním potenciálů v oblasti koncovky, aby se zabránilo energeticky chudým přeskokům proudů vznikajících na základě kapacity. Ekvivalentní dostatečná vzdálenost vysokonapěťového vodiče HVI je s = 0,75 m (pro vzduch) a s = 1,5 m (pro tuhý materiál). Pro správnou funkci vodiče je nutné výpočtem zkontrolovat dostatečnou vzdálenost s pro danou jímací soustavu. Vodič HVI je určen pro instalaci např. anténních systémů, vnitřních svodů, skrytých svodů i v nejvyšší třídě LPS I.
Aktivní hromosvody: Kontroverzní téma
Metoda ochranného poloměru Rp pro návrh aktivních hromosvodů podle nového souboru ČSN EN 62305 není dovolena. Při návrhu jímací soustavy aktivního jímače mohou být použity jen metody valící se koule a ochranného úhlu. Přitom se musí vzít v úvahu jen fyzická délka tyče aktivního jímače a na základě této délky určit ochranný prostor metodou valící se koule nebo ochranného úhlu (úhel α). Radioaktivní jímače nejsou přípustné.
tags: #modelování #valící #se #koule #hromosvod