Ochrana solárních soustav proti blesku
Instalace solárních panelů na vnější obálce domu, zejména na střeše, vyžaduje posouzení, zda při ní nedojde k narušení ochrany domu proti úderu blesku. V řadě případů není nutné stávající funkční hromosvod upravovat, ale firma instalující solární soustavu by se o tom měla ujistit. Zvláště pak tehdy, pokud se kolektory instalují na různých konstrukcích, na velkých plochých střechách, nebo třeba i jako součást zábradlí balkónů atp. Pokud jde o nově stavěný dům, pak by měla být jeho ochrana proti úderu blesku řešena se zohledněním solární soustavy. Příspěvek poskytuje základní informace k problematice.
Recenzent: Jiří Matějček
Hromosvod je v prvém přiblížení možno chápat jako součást protipožární ochrany objektu před bleskem. Hromosvod zajišťuje vnější ochranu proti úderu blesku. Vedle vnější ochrany existuje i vnitřní ochrana. Ta souvisí s rostoucím rozsahem technického vybavení objektů, které přináší stále větší možnost zavlečení nebezpečného elektrického potenciálu od blesku dovnitř budovy, kde mohou nastat další škody. Například nejběžnější je zničení citlivých elektronických zařízení. Vnitřní ochrana spočívá v zabránění vzniku nebezpečných rozdílů elektrických potenciálů. Pro tuto ochranu se instalují svodiče přepětí a provádí se vzájemné pospojování vodivých prvků v domě.
Hromosvod
Hromosvod není výrobek, ale je to systém, který má své parametry jako celek podle příslušných norem – viz vyhláška ke Stavebnímu zákonu. Základní prvky hromosvodu jsou jímací soustava, svody a zemnič.
Jímací soustava se sestavuje podle tvaru střechy a účelu. Používány jsou dva druhy:
- hřebenové vedení, většinou doplněné jímacími tyčemi, je standardní jímací soustava pro střechy sedlové,
- mřížová soustava, často doplněná jímacími tyčemi, je standardní pro střechy rovné.
Součástí jímací soustavy mohou být i tzv. náhodné jímače. Jde o kovové elektricky vodivé části vyčnívající z objektu, typicky zábradlí na předsunutém balkonu, které jsou vystaveny riziku zásahu bleskem, a které proto musí mít odpovídající průřez, aby nedošlo k jejich poškození při zásahu bleskem a náležitě propojeny se svodem.
Svody slouží k propojení jímací soustavy se zemničem a zhotovují se jako:
- svody povrchové, nejběžnější standardní řešení,
- svody skryté, vodič svodu je uložen ve stěně nebo pod vrstvou zateplení v netříštivé instalační trubce,
- svody náhodné, které tvoří jiné elektricky vodivé prvky konstrukce objektu, například vhodně pospojované ocelové armování betonové konstrukce.
Počet svodů vychází z maximální vzdálenosti mezi svody, která se určuje podle požadované třídy ochrany LPS (Lightning protections system), a která rovněž stanoví poloměr zkušební koule (viz dále).
Zemnič je určen k rozptýlení proudu z blesku do země. Často se zhotovuje z ocelové pozinkované pásky nebo desek, které se do země ukládají při zhotovování základů domu. Aby spolehlivě fungoval, musí mezi zeminou a zemničem být nízký elektrický odpor. Maximální elektrický odpor vůči zemi je 10 W. Podle kvality zeminy se proto navrhují rozměry zemniče. Zatímco nadzemní části hromosvodu mohou mít životnost srovnatelnou s životností domu, životnost zemniče může být mnohem kratší vlivem intenzivnějších korozivních procesů v zemi. Není náhodným stavem, když je u starších objektů jen pár centimetrů pod povrchem země korozí přerušen spoj svodu a zemniče, a hromosvod tedy nemůže plnit svou funkci. Pokud v takovém případě firma instalující solární soustavu zákazníkovi souběžně doporučí opravu hromosvodu spřátelenou firmou instalující hromosvody, může potvrdit svou odbornost a dobrou pověst.
V praxi se také používá oddálený, nebo-li izolovaný hromosvod. Tento typ hromosvodu je úplně elektricky izolován jak od vnějšího hromosvodu, tedy jímací soustavy a svodů, tak od vnitřních rozvodů včetně pospojování (například anténami, solárními kolektory atp. včetně vnitřních elektroinstalací). Požadovaná izolace je zajištěna dodržením dostatečné vzdálenosti od uvedených prvků. Tato vzdálenost se označuje s a její minimální hodnota je rovněž normativně dána. Součástí oddáleného hromosvodu je izolovaný svod, pro který se používá speciální kabel HVI nebo HVI light s vysokou izolační schopností.
Ochranný prostor
Při vytváření ochranného prostoru se vychází z poznatků týkajících se šíření elektrického výboje. Na jejich základě byla navržena metoda „VALÍCÍ SE KOULE“. Princip metody spočívá v tom, že se mezi dvěma prvky hromosvodu, například jímací tyčí a s ní svodem spojeným kovovým okapem, nesmí konstrukce domu dotknout povrch koule při jejím odvalování po povrchu objektu. Poloměr valící se koule je definován podle požadované třídy ochrany proti blesku, a čím je menší, tím dokonalejší ochrany je dosaženo. Kouli po obrysu domu odvalujeme a prověřujeme splnění podmínky. Specialisté na to mají software, ale při znalostech geometrie to lze zvládnout i bez něj. Pro základní názor si lze jako pomůcku zhotovit v měřítku výkresu domu kruh o vhodném průměru z tvrdého papíru, nebo jen jeho část, a ten po obálce domu odvalovat. Nestačí prověřit jen jeden řez domu, je třeba prověřit všechny směry a varianty. Prostor pod povrchem koule bez dotyku s obálkou domu je považován za chráněný. V tomto prostoru je možné umístit solární kolektory. Není-li možné využít oddálený hromosvod a kolektor instalovat v jím vytvořeném ochranném prostoru, je možné provést pospojování vodivých částí konstrukce kolektorů a připojit je na nejbližší potenciálovou sběrnici. Použije se vodič Cu o min. průřezu 16 mm2. Úplné řešení je však komplikované, protože je nutné související obvody opatřit svodiči přepětí. Je to krajní řešení.
Zvláštnosti objektů a jejich poloha
Součástí návrhu ochrany proti blesku, a také volby vhodné třídy bezpečnosti, je posouzení druhu objektu, jeho tvaru, umístění aj. Druh objektu se volí podle jeho významu, například škola, nemocnice, objekty veřejné, bytový dům, eventuálně jeho historické hodnoty. Posuzuje se jeho výška, druh střechy, zvažuje se umístění objektu v zástavbě, nebo zda jde o objekt osamocený, jeho poloha podle mapy četnosti úderů blesku, přítomnost hořlavých a výbušných materiálů atd.
I na rodinné domy se vztahuje vyhláška č. 268/2009 Sb. Pro stanovení stupně ochrany LPS je nutno provést analýzu rizika. Pak při respektování vybavení domu (elektronika , PC, regulace) a soustavy přípojek, můžeme ze stupně LPS IV, dojít až ke stupni LPS II. V této souvislosti je nutné si uvědomit, že dodatečná instalace solární soustavy, i když se při ní dodrží obvyklé pokyny výrobce solárního setu, může ochranu proti blesku navrženou záměrně ve vyšší třídě LPS II posunout do nižších tříd III nebo IV, které v případě daného domu mohou být vyhovující, pokud se nezohledňuje jeho technické vybavení. Pokud má zákazník na ochranu proti blesku platnou revizní zprávu, je povinností firmy instalující solární soustavu se s ní seznámit a na možné nebezpečí snížení třídy ochrany prokazatelně upozornit, případně zajistit potřebné úpravy hromosvodu! Jinak se firma vystavuje nebezpečí, že při eventuálních škodách způsobených bleskem po ní bude zákazník vyžadovat náhradu. Pokud se tím instalační firma nechce zabývat, tak by si alespoň v předávacím protokolu měla nechat potvrdit, že na nebezpečí snížení ochrany domu před bleskem zákazníka upozornila a doporučila prověření odbornou firmou. Zvýšenou ochranu proti blesku vlivem vysoké ceny instalované techniky si zajišťují především movití zákazníci, pro které není problém si zajistit důslednou právní ochranu svých práv.
Vnitřní ochrana proti přepětí
Vnitřní ochrana proti přepětí je soubor opatření, jejichž cílem je, aby se uvnitř domu mezi kovovými elektricky vodivými prvky nemohlo vlivem blesku vytvořit elektrické napětí nebezpečné jak lidem, tak nejrůznějším elektrickým a elektronickým zařízením. Opatření se týkají celého elektrického rozvodu v domě od rozvaděče až k poslednímu prvku elektrické instalace. Používají se tzv. svodiče přepětí v různé napěťové a výkonové úrovni. V podstatě jde o zařízení, která dokáží řízeně na velmi krátkou dobu vodivě spojit prvky, mezi kterými přepětí vzniklo a přepětí v důsledku protečení proudu zanikne.
Solární soustavy jsou vzhledem k elektricky vodivému propojení měděnými nebo ocelovými trubkami kolektorů umístěných ve venkovním prostředí a prvků vybavených elektronickým řízením, např. i čerpadel, uvnitř domu, vystaveny riziku zničení a rovněž ohrožení zdraví osob. Proto je standardem napojení elektricky vodivých částí solárních soustav na pospojovací okruh v domě, který zajistí vyrovnání elektrických potenciálů například při poruše izolace v nejrůznějších zařízeních napojených na elektrickou síť. Za druhý standard lze považovat ochranu proti přepětí, které může vyvolat úder blesku, a to i do vzdálených objektů, která se řeší instalací svodičů přepětí.
Hromosvod a solární systém
V zásadě existují tři možnosti řešení:
1) Instalace solárních kolektorů je součástí projektu objektu. Pak je ochrana řešena v rámci projektu hromosvodu. Tento společný profesní problém je nutno vnímat již od nejnižších stupňů projektu. Údaj o zařízeních v prostoru odpovídajícím vnější ochraně a se vztahem na ochranu vnitřní je i položkou pro výpočet rizika. Na něj se mimo jiné vážou i podmínky pojistné smlouvy pro objekt. Instalační firma v takovém případě nemá žádný problém, když se drží projektu, který definuje místo upevnění kolektorů včetně podpůrné konstrukce. Pokud se stavitel rozhodne k instalaci solární soustavy až na poslední chvíli, nezbývá nic jiného, než ochranu proti blesku prověřit.
2) Solární kolektory se instalují na objekt s již existujícím hromosvodem. Pak mohou nastat další možnosti:
- hromosvod má parametry, které odpovídají požadované třídě bezpečnosti (žádná část hromosvodu není viditelně poškozena, zemnič má vyhovující zemní odpor, existuje platná revizní zpráva). Pokud instalované solární kolektory mírně zasahují do nechráněného prostoru, může pomoci doplnění hromosvodu například instalací jímacích tyčí na nejbližší svody, které oddálí povrch valící se koule od přesahujících částí. Také je nutné zajistit vyrovnání potenciálu na potenciálovou sběrnici objektu. Tedy provést pospojování uzemňovací svorky solární jednotky a na kovové potrubí navlečených svorek vodičem vhodného průřezu, s potenciálovou sběrnicí objektu, která má být přístupná v elektrickém rozvaděči.
- hromosvod objektu není v dobrém stavu, nebo je vyloženě špatně proveden. V tomto případě má být nejprve upraven hromosvod na nové podmínky, zahrnující i řešení ochrany solárních kolektorů, a teprve pak má být provedena montáž kolektorů. Předložení revizní zprávy hromosvodu může mít pro instalační firmu velký význam v případě následných problémů.
3) Solární kolektory se instalují na objekt bez hromosvodu. V tomto případě se nabízí zjednodušené řešení spočívající v instalaci oddáleného hromosvodu (charakteristika uvedena v kapitole Hromosvod), který se nainstaluje v blízkosti kolektorů podle možností stavební konstrukce.
Závěr
Když se člověk znalý zásad ochrany před úderem blesku, a v současnosti i proti přepětí, rozhlédne po střechách domů a případně nahlédne i do jejich elektroinstalačních skříní, nestačí se divit. Například náhrada jímače zařízením, které souvisí s elektrickou soustavou objektu, je nad chápání pudu sebezáchovy. Vyplývá z neznalostí a podceňování nebezpečí. Typická je například instalace televizní antény na jímací tyč hromosvodu, ačkoliv by anténa měla být instalována na vlastním stožáru v chráněném prostoru.
Ochrana prot©i úderu bleskem a instalace solárních soustav, to nejsou obory pro kutily. Obojí musí instalovat minimálně vyučení řemeslníci a návrh zařízení mají provádět osoby, které k tomu mají oprávnění, a které jsou si vědomy souvislostí. Jak ukazují připojené příklady, tak je vždy nutné zvážit konkrétní podmínky, obecné doporučení může být zavádějící.
V patrnost je nutné vzít i stále menší ochotu pojišťoven hradit náklady na odstraňování škod
bez důkladného ověření, že škoda nevznikla v důsledku nedodržení deklarovaných vlastností ochrany
proti blesku.
Příklad 1.: Rodinný dvojdům se solárními kolektory na rovné střeše
Mřížová jímací soustava doplněná jímacími tyčemi.
Stupeň vnější ochrany LPS III podle ČSN EN 62305.
Poloměr valící se koule 45 m, maximální vzdálenost mezi svody 15 m.
Rozměry domu: půdorys 10 x 15 m; výška 9,0 m
s = 0,60 m dostatečná vzdálenost ve zdivu
s = 0,30 m dostatečná vzdálenost ve vzduchu
Dostatečná izolační vzdálenost s = 0,60 m ve zdivu znamená, že pokud je nějaká část hromosvodu vedena zdivem, tak nejbližší vedení, potrubí atp. musí být minimálně v této vzdálenosti.
Izolační vzdálenost s = 0,30 m ve vzduchu v tomto případě znamená, že kovová část solárních kolektorů a rozvodů na střeše musí být od jímače a svodů vzdálena minimálně 0,30 m.
Příklad 2.: Rodinný dům se solárními kolektory na sedlové střeše
Jímací soustava tvořena hřebenovým vedením a jímací tyčí umístěnou na tělese komína. V místě
svodů je provedeno spojení s okapovým žlabem.
Stupeň vnější ochrany LPS IV podle ČSN EN 62305.
Poloměr valící se koule 60 m, maximální vzdálenost mezi svody 20 m.
Rozměry domu: půdorys 9 x 9,2 m; výška 7,0 m
s = 1,2 m dostatečná vzdálenost ve zdivu
s = 0,6 m dostatečná vzdálenost ve vzduchu
Izolační vzdálenost s = 0,60 m ve vzduchu znamená, že kovová část solárních kolektorů a rozvodů na střeše musí být od jímače a svodů vzdálena minimálně 0,60 m. Ve srovnání s příkladem 1., kde byla požadována vyšší třída ochrany proti blesku LPS III, je to dvojnásobně více, ačkoliv v tomto případě je požadována třída ochrany proti blesku nižší, LPS IV. Důvodem je skutečnost, že do výpočtu vzdálenosti vstupují další faktory, v tomto případě kovová komínová vložka.
Tento příklad rovněž ukazuje vliv konkrétního umístění kolektorů. Pro dosažení optimálního sklonu kolektorů bylo nutné použít zvyšující podpůrnou konstrukci na horním okraji kolektorů. Je vidět, že kdyby byly kolektory instalovány v nižší části střechy, vyčnívaly by z chráněného prostoru. Přesunem kolektorů po střeše výše k hřebeni lze dosáhnout zvýšení jejich ochrany. Na střechách v praxi jsou vidět kolektory instalované i ve velké blízkosti okapů, kde není zajištěno jejich umístění v chráněném prostoru a ani dodržení požadované izolační vzdálenosti od součástí hromosvodu.
Literatura
-
ČSN EN 62305 část 1–4 a ČSN související:
– 1 Ochrana před bleskem – Část 1: Obecné principy
– 2 Ochrana před bleskem – Část 2: Řízení rizika
– 3 Ochrana před bleskem – Část 3: Hmotné škody na stavbách a nebezpečí života
– 4 Ochrana před bleskem – Část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách - ČSN 33 2000-5-51 ed. 3 el. instalace nízkého napětí – část 5-51: výběr a stavba el. zařízení. Všeobecné předpisy.
- ČSN 33 2000-5-52 ed. 2 el. instalace nízkého napětí – část 5-52: výběr soustav a stavba vedení.
- ČSN 33 2000-5-56 ed. 2 el. instalace nízkého napětí – část 5-56. uzemnění a ochranné vodiče.
- Zákon č. 183/2006 Sb. Stavební zákon.
- Zákon č. 22/1997 Sb. Technické požadavky na výrobky.
-
Vyhláška č. 268/2009 Sb., technické požadavky na stavbu – novela 2012, § 3 /k definice: normovou
hodnotou je konkrétní tech. požadavek, zejména návrhová metoda, národně stanovené parametry, technické
vlastnosti technických zařízení, obsažený v příslušné české normě, jehož dodržení se považuje za
splnění požadavků konkrétního ustanovení této vyhlášky. Viz Hlava II § 3 a 4 zákon č. 22/1997 Sb.,
§ 36 ochrana před bleskem
čl. 1 výčet staveb, kde je nutná ochrana
čl. 2 povinnost výpočtu rizika
čl. 3 přednostní volba základového zemniče - Výčet souvislostí je souhrnně uveden ve věstníku č. 1/2013 Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví – část A – oznámení.
Názor odborného učitele ke schopnostem řemeslníků
Otázka zní, zda lze vinu za nedodržení ochranného pásma ochrany proti blesku při instalaci solárních kolektorů na střechu přičítat řemeslníkům. Řemeslníci – instalatéři, kteří získali výuční list dříve, o problematice vztahu solárních kolektorů a ochrany proti blesku možná něco vědět budou. Ale především na základě nejrůznějších školení, které pro ně organizují výrobci a dodavatelé solární techniky. Tato školení nemají závazný obsah a závisí jen na pořadateli školení, jak hluboce se bude vztahu kolektorů a hromosvodu věnovat. Čím více takových školení a od různých pořadatelů řemeslník absolvuje, tím větší je pravděpodobnost, že se s touto problematikou setká. Výjimkou budou samozřejmě řemeslníci, kteří si své vzdělání záměrně rozšířili a doplnili.
Současný stav středního školství u vyučených získání těchto znalostí nepodporuje. Pojem učební osnova již neexistuje. Dnes se má používat tzv. Školský vzdělávací program, ve zkratce ŠVP. Tento ŠVP vychází z Rámcového vzdělávacího programu, zkráceně RVP, který na školy přichází z Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy. V RVP i v ŠVP máme například na výuku zaměřenou na tepelné solární soustavy jednu vyučovací hodinu za rok. Nejde o omyl, skutečně jen jednu hodinu. Pokud by chtěl učitel tomuto tématu věnovat více času, musel by např. vypustit výuku o tepelných čerpadlech nebo jiné téma. V rámci jedné hodiny jsme schopni žáky seznámit jen se skutečným základem problematiky, ale to je tak vše. K souvislostem, jako je například ochrana kolektorů proti blesku, vyrovnání potenciálu, se učitel nemá šanci dostat, pokud nemá velmi nadprůměrné žáky. Z toho vyplývá, že žák, který opustí školu s výučním listem, podle ŠVP nemusí nic o daných souvislostech vědět a ani v otázkách k závěrečným zkouškám nic o této problematice není.
Odborná výuka instalatérů, a to nejen podle mého názoru, je neúměrně omezována stále větším podílem hodin věnovaných literární výchově, biologie a ekologie, chemie a podobným předmětům, které možná zvyšují jejich obecné znalosti (snad se tím plní i nějaké požadavky z Evropské unie), ale těžko slouží k jejich lepšímu uplatnění na trhu práce, ke kterému je, podle názvu oboru, má škola připravit.
Souvislosti instalací solárních kolektorů a ochrany proti blesku by měly být zřejmější žákům, kteří své vzdělání zakončují maturitní zkouškou. Na naší škole jsme měli maturitní obor Mechanik instalatérských a elektrotechnických zařízení budov (MIEZB), od kterého jsme si slibovali velký posun v odborných znalostech žáků, včetně vnímání mezioborových souvislostí. Bohužel většina žáků, kteří se na tento maturitní obor přihlásili, a kteří jej dokončili, neměla očekávanou vyšší úroveň znalostí než žáci vyučení. A vlastně se ani není co divit, když jsme u budoucích maturantů měli prakticky stejný časový prostor na výuku, jako u vyučených. Tedy jednu hodinu ročně na solární techniku, jednu na tepelná čerpadla, jednu na kogenerační jednotky atd. Navíc vzhledem k nižšímu podílu praktické výuky zaostávali žáci MIEZB za vyučenými žáky i v oblasti řemeslnických dovedností. Proto byl tento obor na naší škole po dvou letech zrušen. Je možné, že na jiných školách mají opačné zkušenosti, byla by to velmi příjemná zpráva. I v tomto maturitním oboru je významná pozornost věnována výchově, což jsou nejrůznější přednášky směřující proti užívání drog, pití alkoholu, ke slušnému chování ve společnosti apod. Nepopírám, že je tato výchova potřebná, a že o ni žáci projevují velký zájem. Pokud však mají ze škol vycházet řemeslníci s takovou úrovní znalostí a dovedností, jak to od nich očekávají zákazníci, tak není možné na úkor výchovy omezovat technické předměty.
Ing. Jaroslav Dufka, odborný učitel, Zlín; člen redakční rady Topenářství instalace
Protection of solar systems against lightning
The article describes problem of solar system lightning protection. This problem can be overlooked during installation of new solar systems. The author explains principle of the lighting protection system design and evaluation. Assembly companies should the owners inform about possible changes in building lighting protection system.
Keywords: lighting protection system, solar system installation