Poznámky z ČSN EN IEC 62305-1 ed. 3 — Ochrana před bleskem, Část 1: Obecné principy
POZOR! Jde o poznámky pro osobní studium. Parafrázovaný obsah, nejde o kopií originálu. Ověř proti originální ČSN! ČSN EN IEC 62305-1 ed. 3, Česká agentura pro standardizaci, vydání 2025, idt IEC 62305-1:2024. Nahrazuje ČSN EN 62305-1 ed. 2 ze září 2011. Souběžná platnost do 2027-10-31.
Změny oproti předchozímu vydání (ed. 2 → ed. 3)
Toto třetí vydání přináší tyto technické změny:
- Příloha D nově odkazuje na soubor IEC 62561 (součásti LPS).
- Management rizika zavádí pojem typy ztrát s ohledem na veřejný prostor.
- Zaveden nový pojem četnost škod (F) — roční počet škod způsobených LEMP ve vnitřních systémech.
- Rázové proudy způsobené bleskem jsou přesněji definovány pro dimenzování SPD v napájecích a telekomunikačních systémech.
1 Rozsah platnosti
Norma stanoví obecné zásady ochrany staveb před bleskem — včetně jejich instalací, vybavení a osob.
Mimo rozsah platnosti jsou:
- železniční systémy;
- instalace ve vozidlech, lodích, letadlech, na moři;
- podzemní vysokotlaká potrubí;
- potrubní, elektrická a telekomunikační vedení oddělená od stavby;
- jaderné elektrárny.
Pro tyto případy platí soubor IEC 62305 jako minimální požadavek. Parametry bleskového proudu z tohoto dokumentu lze prozatím použít i pro instalace na moři (do vydání dalších informací CIGRE).
POZNÁMKA 2: Ochrana větrných elektráren — viz IEC 61400-24.
2 Citované dokumenty
- IEC 62305-3:2024 — Hmotné škody na stavbách a ohrožení života
- IEC 62305-4:2024 — Elektrické a elektronické systémy ve stavbách
3 Termíny a definice
Typy blesků a výbojů
3.1 Úder blesku do země — elektrický výboj atmosférického původu mezi oblakem a zemí, složený z jednoho nebo více výbojů.
3.2 Sestupný blesk — začíná sestupným lídrem z oblaku k zemi. Skládá se z prvního krátkého výboje, po němž mohou následovat další výboje a dlouhý výboj. Typický pro rovinaté území a nižší stavby.
3.3 Vzestupný blesk — začíná vzestupným lídrem z uzemněného objektu do oblaku. Typický pro exponované nebo vyšší stavby. Skládá se z prvního dlouhého výboje s možnými superponovanými vícenásobnými výboji.
3.4 Výboj blesku — jednotlivý elektrický výboj v úderu blesku do země.
3.5 Krátký výboj blesku — část blesku odpovídající impulznímu proudu, doba půltýlu T₂ zpravidla < 2 ms.
3.6 Dlouhý výboj blesku — část blesku odpovídající kontinuálnímu proudu, doba trvání T_LONG zpravidla 2 ms až 1 s.
3.7 Vícenásobné výboje blesku — blesk složený průměrně ze 3–4 výbojů, typický interval mezi nimi ~50 ms (hlášeny i desítky výbojů s intervaly 10–250 ms).
3.8 Místo úderu — místo, kde blesk zasáhne zemi nebo stavbu. Blesk může mít více než jedno místo úderu.
Parametry bleskového proudu
3.9 Bleskový proud (i) — proud tekoucí v místě úderu.
3.10 Vrcholová hodnota proudu (I) — maximální hodnota bleskového proudu.
3.11 Průměrná strmost čela proudu (di/dt) — maximální proud I dělený časem čela T₁.
3.12 Doba čela impulzního proudu (T₁) — virtuální parametr: 1,25násobek časového intervalu mezi okamžiky dosažení 10 % a 90 % vrcholové hodnoty.
3.13 Efektivní počátek impulzního proudu (O₁) — průsečík časové osy s přímkou 10%–90%, předcházející okamžiku 10 % hodnoty o 0,1 T₁.
3.14 Doba půltýlu impulzního proudu (T₂) — časový interval mezi O₁ a okamžikem poklesu proudu na 50 % vrcholové hodnoty.
3.15 Doba trvání blesku (T) — celková doba průtoku bleskového proudu v místě úderu.
3.16 Doba trvání proudu dlouhého výboje (T_LONG) — od 10 % vrcholové hodnoty při nárůstu do 10 % při poklesu kontinuálního proudu.
3.17 Náboj blesku (Q_FLASH) — časový integrál bleskového proudu za celou dobu trvání blesku.
3.18 Náboj krátkého výboje (Q_SHORT) — časový integrál proudu impulzu.
3.19 Náboj dlouhého výboje (Q_LONG) — časový integrál proudu dlouhého výboje.
3.20 Měrná energie (W/R) — časový integrál druhé mocniny bleskového proudu za celou dobu trvání. Představuje energii rozptýlenou v jednotkovém odporu.
3.21 Měrná energie impulzního proudu — integrál i² za dobu trvání impulzu (příspěvek dlouhého výboje je zanedbatelný).
Stavby a vedení
3.22 Chráněná stavba — jakékoli místo, zařízení nebo budova vhodná k pobytu osob, zvířat, materiálů nebo systémů. Může být částí rozsáhlejší stavby.
3.23 Vedení — vnější elektrické nebo telekomunikační vedení připojené ke chráněné stavbě.
3.26–3.29 Typy úderů podle polohy:
- Úder do stavby (S1)
- Úder v blízkosti stavby (S2)
- Úder do vedení (S3)
- Úder v blízkosti vedení (S4)
3.30 Nebezpečná událost — jakýkoli úder blesku do nebo v blízkosti stavby nebo vedení, který může způsobit škody.
3.31 Nebezpečné jiskření — jiskra uvnitř stavby způsobující požár, výbuch nebo mechanické/chemické účinky.
Systémy a ochrana
3.32 Elektrický systém — součásti nízkonapěťového napájení.
3.33 Elektronický systém — citlivá zařízení (telekomunikace, počítače, řídicí systémy, rádiové systémy, výkonová elektronika).
3.34 Vnitřní systémy — elektrické a elektronické systémy stavby (smějí být i na střeše, jsou-li vnitřně spojeny).
3.35 Hmotná škoda — poškození stavby mechanickými, tepelnými, chemickými nebo výbušnými účinky blesku.
3.36 Zranění osob — zranění nebo ztráty na životech způsobené bleskem.
3.37 Porucha vnitřních systémů — poškození způsobené LEMP.
3.38 LEMP (elektromagnetický impulz způsobený bleskem) — rychle se měnící elektromagnetické pole vyzařované bleskem, způsobující přepětí odporovou, indukční a kapacitní vazbou.
3.39 Přepětí — přechodový jev způsobený LEMP na vedeních nebo zařízeních (přepětí nebo nadproud nebo obojí).
3.40 LPZ — Zóna ochrany před bleskem — zóna se stanoveným elektromagnetickým prostředím blesku. Hranice LPZ nemusí být fyzické stěny.
3.41 Četnost škod (F) — roční počet škod způsobených LEMP ve vnitřních systémech stavby (nový pojem v ed. 3).
3.42 Přípustná četnost škody (F_T) — maximální tolerovatelná hodnota četnosti škod.
3.43 Ztráta (L) — průměrná hodnota stanoveného druhu ztráty v důsledku nebezpečné události.
3.44 Ztráta veřejného významu — ztráta s důsledky přesahujícími účastníky rozhodovacího procesu (zranění lidí, nedostupnost veřejných služeb, škody prostředí).
3.47 Riziko (R) — pravděpodobná průměrná roční ztráta způsobená bleskem ve stavbě.
3.48 Přípustné riziko (R_T) — maximální přípustná hodnota rizika pro chráněnou stavbu.
3.49 LPL — Hladina ochrany před bleskem — číslo vztažené k souboru parametrů bleskového proudu, odpovídající pravděpodobnosti nepřekročení maximálních a minimálních návrhových hodnot.
3.51 LP — Ochrana před bleskem — opatření k ochraně staveb, jejich systémů a osob, obecně sestávající z LPS a SPM.
3.52 LPS — Systém ochrany před bleskem — úplný systém ke snížení zranění osob a hmotných škod. Skládá se z vnějšího a vnitřního LPS.
3.53 Vnější LPS — část LPS: jímací soustava + soustava svodů + uzemňovací soustava.
3.54 Vnitřní LPS — část LPS: pospojování proti blesku nebo elektrické oddělení od vnějšího LPS nebo obojí.
3.55 Jímací soustava — kovové prvky (tyče, stožáry, mřížová soustava, závěsná lana) k zachycení blesků.
3.56 Soustava svodů — vedení bleskového proudu z jímací soustavy do uzemňovací soustavy.
3.57 Uzemňovací soustava — svedení a rozptyl bleskového proudu do země.
3.58 Vnější vodivé části — prodloužené kovové prvky vstupující do stavby nebo z ní vystupující (potrubí, kovové části kabelů, kanály), schopné přenášet bleskový proud.
3.59 Pospojování proti blesku (EB) — připojení oddělených kovových částí k LPS za účelem snížení rozdílů potenciálů způsobených bleskovým proudem.
3.61 SPM — Ochranná opatření před přepětím — opatření k ochraně vnitřních systémů před LEMP.
3.62 Elektromagnetické stínění — stínění z vodivého materiálu ke snížení pronikání časově proměnného elektromagnetického pole.
3.63 SPD — Přepěťové ochranné zařízení — přístroj s alespoň jedním nelineárním prvkem, určený k omezení přechodných přepětí a svedení rázových proudů.
3.64 Koordinovaný SPD systém — soubor vhodně zvolených a koordinovaných SPD ke snížení poruchovosti vnitřních systémů.
3.66 Dostatečná vzdálenost (s) — vzdálenost mezi vodičem přenášejícím bleskový proud a jinými vodivými částmi, při níž nedochází k nebezpečnému jiskření.
3.67 Bezpečná vzdálenost (d_s) — vzdálenost od stínění LPZ, při níž platí stínicí účinek LPZ vůči magnetickému poli.
NP: V legislativních dokumentech ČR se vyskytuje termín „bezpečný odstup” ve stejném smyslu.
4 Parametry bleskového proudu
Parametry jsou podrobně uvedeny v přílohách A–E. Přehled:
- Příloha A — statistické parametry (CIGRE data)
- Příloha B — časové funkce pro analytické účely
- Příloha C — simulování pro zkušební účely
- Příloha D — zkušební parametry pro součásti LPS
- Příloha E — rázové proudy v různých místech instalace
5 Škody způsobené bleskem
5.1 Škody na stavbě
5.1.1 Obecně
Blesk může způsobit škody na stavbě, jejích uživatelích a vybavení, poruchy vnitřních systémů, a tyto účinky se mohou šířit i do okolí stavby.
Relevantní vlastnosti stavby z hlediska účinků blesku zahrnují: konstrukci, účel, obyvatele a vybavení, připojená vedení (vč. FV systémů, nabíječek vozidel, mobilních sítí), existující ochranná opatření a rozsah nebezpečí.
5.1.2 Účinky blesku na různé typy staveb
| Typ stavby | Hlavní účinky blesku |
|---|---|
| Obytný dům | Průraz elektrických instalací, požár, porucha elektroniky (TV, PC, telefony) |
| Zemědělská stavba | Požár, kroková napětí, porucha řízení větrání a krmení zvířat |
| Divadlo, hotel, škola | Poškození osvětlení, panika, zpoždění požárního zásahu |
| Banka, IT firmy | + ztráta komunikace, dat, počítačové poruchy |
| Nemocnice, věznice | + problémy se záchranou imobilních osob |
| Průmysl | Škody závislé na výrobní náplni |
| Muzea, kostely | Ztráta nenahraditelného kulturního dědictví |
| Telekomunikace, elektrárny | Nepřípustná ztráta veřejných služeb |
| Chemické závody, rafinérie | Požár s dopadem na prostředí |
| Pyrotechnické provozy | Výbuch s dopadem na okolí |
| Povrchový/podzemní důl | Kroková napětí, riziko výbuchu metanu |
5.1.3 Zdroje a příčiny škod
Příčinou všech škod je bleskový proud. Čtyři situace podle místa úderu:
- S1 — úder do stavby
- S2 — úder v blízkosti stavby
- S3 — úder do vedení připojeného ke stavbě
- S4 — úder v blízkosti vedení připojeného ke stavbě
Důsledky jednotlivých zdrojů:
S1 (úder do stavby):
- přímé mechanické poškození, požár nebo výbuch (plazmový oblouk, odporový ohřev, oblouková eroze);
- požár nebo výbuch způsobený jiskrami od přepětí odporovou nebo indukční vazbou;
- zranění osob;
- porucha vnitřních systémů (LEMP).
S2 (úder v blízkosti stavby):
- porucha vnitřních systémů (LEMP).
S3 (úder do vedení):
- požár nebo výbuch od přepětí přenesených vedeními;
- zranění osob dotykovými napětími;
- poruchy vnitřních systémů.
S4 (úder v blízkosti vedení):
- poruchy vnitřních systémů od indukovaných přepětí.
POZNÁMKA 2: Pouze jiskry nesoucí bleskový proud se považují za schopné vyvolat požár. POZNÁMKA 3: Blesky do přívodních potrubí připojených k přípojnici pospojování stavby nezpůsobí škody (viz IEC 62305-3).
Čtyři typy škod:
- D₁ₜ — zranění osob odporovou a indukční vazbou
- D₁_D — zranění osob přímým zásahem
- D₂ — nebezpečné jiskření (požár, výbuch, mechanické/chemické účinky)
- D₃ — přepětí způsobující poruchy vnitřních systémů
5.2 Typy ztrát
Pro účely souboru IEC 62305 se uvažují tři typy ztrát:
| Typ | Popis | Příčiny |
|---|---|---|
| L₁ | Ztráta v důsledku zranění osob | D₁_D, D₁ₜ, D₂, D₃ (kde porucha systémů ohrožuje životy — nemocnice, výbušné prostory) |
| L₂ | Ztráta hmotného poškození stavby a vybavení | D₂, D₃ (výbušné prostory) |
| L₃ | Ztráta poruch vnitřních systémů | D₃ |
Vztah zdroj škody → příčina → typ ztráty (tabulka 2 normy):
| Místo úderu | Zdroj | Příčiny → Ztráty |
|---|---|---|
| Stavba | S1 | D₁ₜ→L₁, D₁_D→L₁, D₂→L₁L₂, D₃→L₁ᵃL₂ᵇ |
| V blízkosti stavby | S2 | D₃→L₁ᵃL₂ᵇ |
| Vedení ke stavbě | S3 | D₁ₜ→L₁, D₂→L₁L₂, D₃→L₁ᵃL₂ᵇ |
| V blízkosti vedení | S4 | D₃→L₁ᵃL₂ᵇ |
ᵃ Pouze pro stavby, kde porucha systémů ohrožuje životy (výbušná prostředí, nemocnice). ᵇ Pouze pro stavby s nebezpečím výbuchu.
6 Potřeba ochrany před bleskem
6.1 Riziko a četnost
Riziko R se hodnotí s ohledem na bezpečnost osob (L₁) a stavby/vybavení (L₂). Vyjadřuje se jako součet složek rizika:
Složka rizika = N (počet nebezpečných událostí/rok) × P (pravděpodobnost škody) × L (míra ztráty)
Četnost škod F se hodnotí pro vybavení stavby s ohledem na dostupnost poskytovaných služeb (L₃). Vyjadřuje se jako součet dílčích četností: N × P pro každý zdroj škody.
6.2 Potřeba ochrany pro snížení rizika R
Ochrana je potřebná, pokud: R > R_T
V tom případě musí být přijata opatření, která sníží R ≤ R_T. Hodnoty přípustného rizika R_T stanovují příslušné orgány.
6.3 Potřeba ochrany pro snížení četnosti škod F
Ochrana je potřebná, pokud: F > F_T
Je-li služba ve veřejném zájmu, hodnoty F_T stanovují příslušné orgány. V ostatních případech rozhoduje vlastník nebo správce stavby.
7 Ochranná opatření
7.1 Obecně
Nejčastěji používaná ochranná opatření:
- ke snížení zranění osob elektrickým proudem (viz 7.2);
- ke snížení hmotných škod (viz 7.3);
- ke snížení poruch vnitřních systémů (viz 7.4).
Doplňkově lze použít TWS (výstražný systém před bouřkou) dle IEC 62793 jako preventivní opatření aktivované varováním — zkrácení doby vystavení hrozbě nebo odpojení vedení:
- zastavení nebezpečné činnosti;
- přemístění osob do bezpečného úkrytu;
- odpojení od vnějších služeb a přechod na místní zdroje.
POZNÁMKA: Oblast sledovaná TWS musí pokrývat nejen stavbu, ale i příchozí vedení (kvůli S3 a S4).
7.2 Ochranná opatření ke snížení zranění osob elektrickým proudem
- LPS (systém ochrany před bleskem);
- dostatečná izolace exponovaných vodivých části;
- pospojování;
- fyzická omezení a varovná upozornění.
7.3 Ochranná opatření ke snížení hmotných škod
LPS dle IEC 62305-3.
Doplňkově: požární ucpávky, hasicí přístroje, hydranty, hlásiče, hasicí zařízení.
7.4 Ochranná opatření ke snížení poruch vnitřních systémů
SPM (ochranná opatření před přepětím) dle IEC 62305-4:
- uzemňovací a spojovací opatření;
- elektromagnetické stínění;
- trasování vedení;
- izolační rozhraní;
- koordinované SPD systémy.
POZNÁMKA 1: Pro zdroj S1 jsou ochranná opatření účinná pouze u staveb chráněných LPS nebo s průběžnou kovovou/železobetonovou konstrukcí (náhodný LPS).
7.5 Výběr ochranných opatření
Výběr provede návrhář ochranných opatření s vlastníkem stavby s ohledem na typ stavby, výši škod, technické a ekonomické aspekty a výsledky posouzení rizik (viz IEC 62305-2).
8 Základní kritéria pro ochranu staveb
8.1 Obecně
Ideální ochrana = uzavřít chráněnou stavbu do uzemněného dokonale vodivého stínění s odpovídající tloušťkou a zajistit pospojování vedení na vstupu do stínění. V praxi to není vždy možné ani ekonomicky efektivní.
Nedostatečnost stínění (spojitost nebo tloušťka) umožňuje bleskovému proudu proniknout a způsobit hmotné škody, ohrožení života nebo poruchy vnitřních systémů.
8.2 Hladiny ochrany před bleskem (LPL)
Ochranná opatření musí být navržena pro stanovený soubor parametrů bleskového proudu — hladinu ochrany před bleskem (LPL). Norma definuje čtyři LPL (I až IV). LPL se volí jako výsledek posouzení rizik.
Maximální hodnoty parametrů blesku dle LPL (tabulka 3):
| Parametr | Označení | Jednotka | LPL I | LPL II | LPL III/IV |
|---|---|---|---|---|---|
| První kladný krátký výboj | |||||
| Vrcholový proud | I | kA | 200 | 150 | 100 |
| Náboj | Q_SHORT | C | 100 | 75 | 50 |
| Měrná energie | W/R | MJ/Ω | 10 | 5,6 | 2,5 |
| Časové parametry | T₁/T₂ | μs/μs | 10/350 | 10/350 | 10/350 |
| První záporný krátký výboj (jen výpočty) | |||||
| Vrcholový proud | I | kA | 100 | 75 | 50 |
| Průměrná strmost | di/dt | kA/μs | 100 | 75 | 50 |
| Časové parametry | T₁/T₂ | μs/μs | 1/200 | 1/200 | 1/200 |
| Následný krátký výboj | |||||
| Vrcholový proud | I | kA | 50 | 37,5 | 25 |
| Průměrná strmost | di/dt | kA/μs | 200 | 150 | 100 |
| Časové parametry | T₁/T₂ | μs/μs | 0,25/100 | 0,25/100 | 0,25/100 |
| Dlouhý výboj | |||||
| Náboj | Q_LONG | C | 200 | 150 | 100 |
| Doba trvání | T_LONG | s | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Blesk | |||||
| Náboj | Q_FLASH | C | 300 | 225 | 150 |
Minimální hodnoty parametrů blesku a poloměry valivé koule (tabulka 4):
| Parametr | LPL I | LPL II | LPL III | LPL IV |
|---|---|---|---|---|
| Minimální vrcholový proud (kA) | 3 | 5 | 10 | 16 |
| Poloměr valivé koule r (m) | 20 | 30 | 45 | 60 |
Pravděpodobnosti pro mezní parametry bleskového proudu (tabulka 5):
| Pravděpodobnost | LPL I | LPL II | LPL III | LPL IV |
|---|---|---|---|---|
| Parametry < maximální hodnoty (tab. 3) | 0,99 | 0,98 | 0,95 | 0,95 |
| Parametry > minimální hodnoty (tab. 4) | 0,99 | 0,97 | 0,91 | 0,84 |
POZNÁMKA: Maximální hodnoty LPL I jsou sníženy na 75 % pro LPL II a na 50 % pro LPL III a IV (lineárně pro I, Q, di/dt; kvadraticky pro W/R). Časové parametry se nemění.
8.3 Zóny ochrany před bleskem (LPZ)
Ochranná opatření (LPS, stínicí vodiče, magnetická stínění, SPD) definují zóny LPZ. Čím vyšší číslo zóny, tím nižší parametry elektromagnetického prostředí.
| Zóna | Charakteristika |
|---|---|
| LPZ 0A | Přímý úder blesku + plné elektromagnetické pole. Systémy vystaveny plnému nebo dílčímu bleskovému proudu. |
| LPZ 0B | Žádný přímý úder, plné elektromagnetické pole. Systémy vystaveny dílčím rázovým proudům. |
| LPZ 1 | Rázový proud omezen rozdělením proudu + izolačním rozhraním nebo SPD. Prostorové stínění může zeslabit elektromagnetické pole. |
| LPZ 2, …, n | Rázový proud dále omezen dalším dělením + dalšími SPD nebo stíněními. |
Chráněná stavba musí být v LPZ, jejíž elektromagnetické charakteristiky jsou kompatibilní se schopností stavby vydržet škody, která mají být omezena.
8.4 Ochrana staveb
8.4.1 Ochrana pro snížení hmotných škod a ohrožení života
Chráněná stavba musí být uvnitř LPZ 0B nebo vyšší — dosáhne se pomocí LPS (vnějšího + vnitřního).
Funkce vnějšího LPS:
- zachytit úder blesku (jímací soustava);
- bezpečně svést bleskový proud do země (soustava svodů);
- rozptýlit proud do země (uzemňovací soustava).
Funkce vnitřního LPS: zabránit nebezpečnému jiskření uvnitř stavby pomocí pospojování nebo dostatečné vzdálenosti s.
Čtyři hladiny LPS (I–IV) obsahují pravidla závislá na hladině (poloměr valivé koule, rozpětí mříže) i nezávislá (průřezy, materiály).
Ochrana před dotykovým a krokovým napětím:
- vně stavby: izolace neživých částí, mřížová uzemňovací soustava, výstražné tabulky nebo fyzická omezení;
- uvnitř stavby: pospojování vedení v místech vstupu.
8.4.2 Ochrana pro snížení poruch vnitřních systémů
Ochrana proti LEMP musí omezovat:
- přepětí od S1 (odporová a indukční vazba);
- přepětí od S2 (indukční vazba);
- přepětí přenesená vedeními od S3 a S4;
- elektromagnetická pole přímo svázaná s přístrojem.
Chráněný systém musí být v LPZ 1 nebo vyšším, pomocí SPM: magnetická stínění, vhodné trasování spojů (minimalizace indukčních smyček), pospojování na hranicích LPZ, SPD nebo izolační rozhraní.
Příloha A (informativní) — Parametry bleskového proudu
A.1 Úder blesku do země
Dva základní typy blesků:
- Sestupné — rovinaté území, nižší stavby; první krátký výboj + eventuálně další výboje + dlouhý výboj.
- Vzestupné — exponované nebo vyšší stavby; první dlouhý výboj + eventuálně superponované impulzy.
Parametry vzestupných blesků jsou nižší než u sestupných — považují se za pokryté maximálními hodnotami sestupných blesků.
A.2 Parametry bleskového proudu (CIGRE data)
Statistické rozdělení parametrů se předpokládá jako lognormální. Poměr polarit: 10 % kladných, 90 % záporných (místně se může lišit).
Klíčové hodnoty pro LPL I (přibližné 1% hodnoty z CIGRE statistik):
První kladný výboj:
- I = 200 kA, Q_FLASH = 300 C, Q_SHORT = 100 C, W/R = 10 MJ/Ω, di/dt = 20 kA/μs
- Odvozená doba čela: T₁ ≈ 10 μs, doba půltýlu: T₂ ≈ 350 μs
- Q_LONG = Q_FLASH – Q_SHORT = 200 C, T_LONG ≈ 0,5 s
První záporný výboj (pro indukční vazbu):
- I = 100 kA, di/dt = 100 kA/μs → T₁ ≈ 1,0 μs, T₂ ≈ 200 μs
Následný záporný výboj (pro indukční jiskření):
- I = 50 kA, di/dt = 200 kA/μs → T₁ ≈ 0,25 μs, T₂ ≈ 100 μs
A.4 Poloměr valivé koule
Elektrogeometrický model (IEEE):
r = 10 × I^0,65 (m)
kde r je poloměr valivé koule (m) a I je vrcholový proud (kA). Blesky s vrcholovými hodnotami vyššími než odpovídající minimální I budou zachyceny jímacími soustavami.
Příloha B (informativní) — Časové funkce bleskového proudu
Matematický tvar proudu prvních kladných/záporných a následných záporných výbojů dle rovnice B.1:
i(t) = (I/k) × (t/τ₁)¹⁰ / (1 + (t/τ₁)¹⁰) × exp(−t/τ₂)
Parametry pro různé typy výbojů a LPL (tabulka B.1):
| Výboj | LPL | I (kA) | k | τ₁ (μs) | τ₂ (μs) |
|---|---|---|---|---|---|
| První kladný | I | 200 | 0,93 | 19 | 485 |
| První kladný | II | 150 | 0,93 | 19 | 485 |
| První kladný | III–IV | 100 | 0,93 | 19 | 485 |
| První záporný | I | 100 | 0,986 | 1,82 | 285 |
| První záporný | II | 75 | 0,986 | 1,82 | 285 |
| Následný záporný | I | 50 | 0,993 | 0,454 | 143 |
| Následný záporný | II | 37,5 | 0,993 | 0,454 | 143 |
Dlouhý výboj = obdélníkový tvar s průměrným proudem I a dobou T_LONG dle tabulky 3.
Příloha C (informativní) — Simulování bleskového proudu pro zkušební účely
C.1 Obecně
Při úderu blesku do stavby se proud rozděluje. Zkušební parametry musí zohledňovat toto rozdělení — vyžaduje se systémová analýza.
C.2 Zkušební parametry — první kladný výboj a dlouhý výboj (tabulka C.1 a C.2)
Tabulka C.1 — První kladný výboj:
| Parametr | LPL I | LPL II | LPL III–IV | Tolerance |
|---|---|---|---|---|
| Vrcholový proud I (kA) | 200 | 150 | 100 | ±10 % |
| Náboj Q_SHORT (C) | 100 | 75 | 50 | −10 až +20 % |
| Měrná energie W/R (MJ/Ω) | 10 | 5,6 | 2,5 | −10 až +45 % |
Tabulka C.2 — Dlouhý výboj:
| Parametr | LPL I | LPL II | LPL III–IV | Tolerance |
|---|---|---|---|---|
| Náboj Q_LONG (C) | 200 | 150 | 100 | ±20 % |
| Doba trvání T_LONG (s) | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ±10 % |
První záporný výboj se pro zkušební účely nepoužívá.
C.3 Simulování strmosti proudu v čele výboje (tabulka C.3)
Tabulka C.3 — Strmosti proudu:
| Výboj | LPL I (kA/μs) | LPL II (kA/μs) | LPL III–IV (kA/μs) | Tolerance |
|---|---|---|---|---|
| První kladný | 20 | 15 | 10 | ±30 % |
| Následné záporné | 200 | 150 | 100 | ±30 % |
Příloha D (informativní) — Zkušební parametry pro součásti LPS
D.1 Obecně
Příloha D stanoví parametry pro laboratorní simulování účinků bleskového proudu na součásti LPS. Používá se společně se souborem IEC 62561.
D.2 Parametry proudu v místě úderu
Každý parametr blesku má tendenci dominovat jiným mechanismem poruchy:
| Parametr | Mechanismus poruchy |
|---|---|
| Vrcholový proud I | Mechanické účinky, přeskok jiskřišť |
| Náboj Q | Tepelné účinky v místě připojení oblouku (eroze) |
| Měrná energie W/R | Odporový ohřev, mechanické namáhání |
| Strmost di/dt | Indukční napěťové jiskření |
| Doba trvání T | Přenos tepla, ablace materiálu |
Zkušební parametry pro jednotlivé součásti LPS (tabulka D.1 — výběr):
| Součást | Hlavní problém | Klíčový parametr (LPL I) |
|---|---|---|
| Jímač (tenká kovová oplechování) | Eroze od oblouku | Q_LONG = 200 C, T < 1 s |
| Jímač a svod (odporový ohřev) | Ohřev W/R | W/R = 10 000 kJ/Ω (adiabaticky) |
| Jímač a svod (mechanické účinky) | Elektrodyn. síly | I = 200 kA, W/R = 10 000 kJ/Ω |
| Spojovací součásti (komb. účinky) | Tepelné + mech. + oblouk | I = 200 kA, W/R = 10 000 kJ/Ω, T < 2 ms |
| Zemniče | Eroze v místě připojení | Q_LONG = 200 C, T < 1 s |
D.3 Rozdělení proudů
Pro odhad parametrů v konkrétních součástech se používají koeficienty:
- kc — pro vnější LPS (viz IEC 62305-3, 6.3);
- ke, k’e — pro vnější vodivé části a vedení (viz příloha E).
Vztahy pro výpočet dílčích parametrů:
- I_p = k × I
- Q_p = k × Q
- (W/R)_p = k² × (W/R)
- (di/dt)_p = k × (di/dt)
D.4 Účinky bleskového proudu způsobující možné škody
D.4.1 Tepelné účinky
Odporový ohřev — jev je adiabatický (krátká doba trvání, teplo se nestihne rozptýlit). Oteplení vodiče:
θ − θ₀ = (1/α) × [exp((W/R × α × ρ₀) / (q² × γ × Cw)) − 1]
Fyzikální charakteristiky materiálů LPS (tabulka D.2):
| Materiál | ρ₀ (Ωm) | α (1/K) | γ (kg/m³) | Cw (J/kgK) |
|---|---|---|---|---|
| Hliník | 29 × 10⁻⁹ | 4,0 × 10⁻³ | 2 700 | 908 |
| Měkká ocel | 120 × 10⁻⁹ | 6,5 × 10⁻³ | 7 700 | 469 |
| Měď | 17,8 × 10⁻⁹ | 3,92 × 10⁻³ | 8 920 | 385 |
| Nerezová ocel (austen.) | 700 × 10⁻⁹ | 0,8 × 10⁻³ | 8 000 | 500 |
Oteplení vodičů dle průřezu a W/R (tabulka D.3 — výběr, W/R = 10 MJ/Ω):
| Průřez (mm²) | Hliník (K) | Měkká ocel (K) | Měď (K) | Nerezová ocel (K) |
|---|---|---|---|---|
| 25 | 283 | — | 98 | — |
| 50 | 52 | 211 | 22 | 938 |
| 100 | 12 | 37 | 5 | 188 |
Tepelné poškození v místě připojení oblouku (model anodového/katodového úbytku napětí):
V = (u_{a,c} × Q) / (γ × (Cw × (θs − θu) + Cs))
kde ua,c = anodový/katodový úbytek napětí (několik desítek voltů), Q = náboj, Cs = skupenské teplo tavení.
D.4.2 Mechanické účinky
Elektrodynamická síla mezi dvěma rovnoběžnými vodiči délky l ve vzdálenosti d:
F(t) = (μ₀/2π) × i(t)² × l/d = 2 × 10⁻⁷ × i(t)² × l/d (N)
Maximální mechanické zatížení u typických LPS konstrukcí nastane po zániku proudového impulzu (perioda vlastních kmitů > délka impulzu). Plastická deformace nastane, překročí-li zatížení mez pružnosti materiálu.
D.4.3–D.4.5 Další účinky
- Kombinované účinky: tepelné + mechanické současně; při ohřevu na měknutí materiálu může nastat explozivní roztavení.
- Jiskření: tepelné (vysoká hustota proudu + nízký tlak na rozhraní) a napěťové (indukované napětí > průrazné napětí).
- Ionizace půdy: při vysokých proudech intenzita el. pole překročí ionizační hodnotu → zdánlivé zvětšení průměru zemniče → snížení impedance uzemnění.
D.5 Součásti LPS a zkušební parametry
Jímače: nejkritičtější je dlouhý výboj (eroze), krátké výboje jsou pro ně zanedbatelné.
Svody — odporový ohřev: adiabatický proces, první kladný výboj (konzervativní přístup).
Svody — mechanické účinky: jsou-li elektrodynamické síly nižší než třecí síly uchycovacích prvků, laboratorní zkouška není nutná (pokud jsou splněny požadavky na průřez).
Spojovací součásti: tepelné + mechanické působení nelze oddělit — celkové namáhání se aplikuje jedinou elektrickou zkouškou (I, W/R, T).
Zemniče: klíčový je náboj dlouhého výboje a doba trvání 0,5–1 s.
D.6 SPD — Přepěťové ochranné zařízení
Jiskřiště — pět parametrů (I, Q, T, W/R, di/dt) se musí aplikovat jedinou elektrickou zkouškou.
Varistory z oxidů kovů — dva typy poruchy:
- přetížení (příliš velká absorbovaná energie) → klíčový parametr: náboj Q;
- přeskok/popraskání (I překročí kapacitu) → klíčové: vrcholová hodnota I a doba trvání T.
Příloha E (informativní) — Rázové proudy způsobené bleskem v různých místech instalace
E.1 Obecně
Pro dimenzování vodičů, SPD a přístrojů je nutné stanovit přepětí v konkrétních místech instalace. Přepětí vznikají z (dílčích) bleskových proudů a indukčních účinků do smyček.
E.2 Rázové proudy — úder do stavby (S1)
E.2.1 Rozdělení proudu mezi vedení a uzemňovací soustavu
Při přímém úderu do stavby se bleskový proud I dělí mezi uzemňovací soustavu, n vnějších vodivých části a vedení:
IF = ke × I / n
kde ke = koeficient rozdělení proudu (přibližně ke = 0,5 pro stavby s uzemňovací soustavou dle IEC 62305-3).
E.2.3 Rázové proudy ve vodičích vedení připojených ke stavbě
Nestíněná vedení — každý z n’ vodičů nese část:
I’F = k’e × I, kde k’e = ke / n’
Stíněná vedení:
k’e = ke × RS / (n’ × RS + RC)
kde RS = odpor stínění/m, RC = odpor vnitřního vodiče/m.
E.2.4 Proudy ve vnitřních vedeních připojených k LPS
Jsou-li vnitřní vedení připojena k LPS i k přípojnici pospojování:
I’F = k’c × I, kde k’c = kc / (2 n’)
E.3 Rázové proudy — úder do vedení (S3)
Proud se šíří z místa úderu oběma směry vedení. Hodnoty I’F závisejí na typu vedení, stínění, izolaci, počtu vodičů a zemnicí impedanci stožárů.
E.6 Obvyklé rázové proudy (tabulky E.1 a E.2)
Tabulka E.1 — Sítě nízkého napětí (na každý vodič vedení):
| LPL | S3 (10/350 μs) kA | S4 (8/20 μs) kA | S2 (8/20 μs) kA | S1 indukční (8/20 μs) kA | S1 odporová (10/350 μs) kA |
|---|---|---|---|---|---|
| III–IV | 5 | 2,5 | 0,1 | 5 | 12,5 |
| II | 7,5 | 3,75 | 0,15 | 7,5 | 18,75 |
| I | 10 | 5 | 0,2 | 10 | 25 |
Tabulka E.2 — Telekomunikační sítě (na každý vodič vedení):
| LPL | S3 (10/350 μs) kA | S4 (8/20 μs) kA | S2 (8/20 μs) kA | S1 indukční (8/20 μs) kA | S1 odporová (10/350 μs) kA |
|---|---|---|---|---|---|
| III–IV | 1 | 0,3 | 0,1 | 5 | 1,25 |
| II | 1,5 | 0,45 | 0,15 | 7,5 | 1,875 |
| I | 2 | 0,6 | 0,2 | 10 | 2,5 |
Pro stíněné vodiče lze hodnoty z tabulek E.1 a E.2 snížit koeficientem 0,5. Pro SPD zkoušení typ I a II (IEC 61643-11) se používají impulzy 10/350 μs a 8/20 μs. SPD navržené pro S1 (indukční vazba) obvykle pokrývají i potřebu pro S2 a S4.
Křížové odkazy
- ČSN EN IEC 62305-2 — Ochrana před bleskem, Část 2: Management rizik
- ČSN EN 62305-3 ed. 2 — Ochrana před bleskem, Část 3: Hmotné škody na stavbách
- ČSN EN IEC 62305-4 — Ochrana před bleskem, Část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách
- EN IEC 62561 — Součásti systému ochrany před bleskem (LPSC)
- EN IEC 62793 — Výstražné systémy před bouřkou (TWS)
- IEC 61400-24 — Větrné elektrárny, ochrana před bleskem
- EN IEC 61643 — Přepěťové ochrany nízkého napětí