Ochrana před bleskem pro rodinné domy z klasických materiálů

Ochrana rodinných domů před bleskem v České republice je regulována několika právními předpisy. Kromě stavebního, trestního či občanského zákonu, které o povinnosti chránit majetek a zdraví hovoří v obecné rovině, je ochrana před bleskem vyžadována vyhláškou č. 268/2009 Sb. [1]. Základem ochrany je vypracovaná projektová dokumentace, která je postavená na objektivním posouzení rizika vyplývajícího ze zásahu bleskem dle ČSN EN 62305-2 [2]. Pokud riziko způsobené bleskem je vyhodnoceno jako nepřijatelné, je povinnost ochranu před bleskem nejenom navrhnout, ale i vybudovat.

Co je principem analýzy rizik?
Na území současné České republiky se pozoruje a systematicky vyhodnocuje bouřková činnost od druhé poloviny 18. století. O průměrném počtu bouřkových dnů máme k dispozici data za více než čtvrt tisíciletí. Nejstarší mapky bouřkové činnosti na území našeho státu pocházejí z konce 19. století (obr. 1). Tato data byla pro naše předky důležitá, protože podle četnosti bouřek se mohla například pojišťovna rozhodnout zlevnit, či naopak zdražit či nepokrýt rizika vyplývající ze zvýšené bouřkové činnosti v konkrétní lokalitě. Na základě těchto několikasetletých zkušeností nyní víme, že bouřková činnost na našem území se odehrává v průměru 20 až 45 dní v roce. Tato hodnota se pak na základě historických zkušeností přepočítává na počet úderů blesku na jeden čtvereční kilometr poměrem 1 : 10. Tedy můžeme v ČR počítat s 2–4,5 úderu blesku na čtvereční kilometr a rok.

Každý objekt má jinou plochu a rozdílnou výšku. Čím větší plochu zabírá a je vyšší, tím více plochy z tohoto čtverečního kilometru vykryje a úder blesku se odehraje spíše do něj (obr. 2). Mezi další faktory patří i poloha objetu, kdy jeho pozice na kopci je samozřejmě blesky daleko více ohrožená, než když bude stejný objekt postaven v údolí. Vyčíslují se i údery blesku v blízkosti objektu. Stejný postup se volí pro všechny přivedené inženýrské sítě, jako jsou napájení elektrickou energií nebo telefonní linka (obr. 3).

Druhým krokem v rámci této analýzy je posouzení, co se na objektu stane, pokud je zasažen bleskem. Je tedy velmi velký rozdíl, pokud se v objektu vyskytují dospělí lidé, kteří po zásahu bleskem objekt opustí či začnou hasit, nebo děti či staří lidé, kteří se bez pomoci jiných z domu nedostanou nebo jsou náchylní na propuknutí paniky. Také je velký rozdíl, pokud je dům vyroben z více nebo méně hořlavého materiálu nebo hrozí riziko, že se oheň rozšíří a ohrozí okolí. Stejný zásadní vliv na toto nebezpečí má přítomnost hořlavin v domě. V případě rodinných domů se většinou nevyskytují systémy, na kterých je závislý život člověka, ale nelze to zcela vyloučit.

Největší vliv na ohrožení života lidí, a tedy i potřebu chránit má přímý úder blesku do objektu a přímý úder do napájecího vedení. Těmto dvěma zdrojům nebezpečí je ve výpočtu přiřazena nejvyšší priorita. Riziko přímého úderu blesku do objektu je poměrně nízké a dá se u menšího rodinného domu většinou vyjádřit jako jednou za 300 až 700 let, což při předpokládané délce života majitele domu vypadá jako velmi malé riziko. Je třeba si však uvědomit, že pravděpodobnost není nikdy 0 a jedná se o statistický výsledek, který neznamená, že o víkendu nemůže jeden sedmisetletý cyklus skončit a v pondělí druhý začít nebo může být opravdu perný týden a pak 10 000 let klid.

Pokud je analýza rizika vytvářená za pomoci softwaru (obr. 4), tak již v tomto kroku je možné vidět, zda je nebezpečí blesku vyšší, než jsou tolerovatelné hodnoty. V drtivé většině případů je již nyní jasné, že bez opatření vůči účinkům blesku nebudou tyto minimální hodnoty bezpečí splněny.

Proti všem těmto hrozbám a možným následkům je třeba vytvořit technická protiopatření. Mezi tato opatření patří:
– nasazení svodičů bleskových proudů na vstupu sítí do objektu,
– vyrovnání potenciálu v objektu,
– nasazení koordinovaných svodičů přepětí v celém objektu (SPD – Surge Protection Device),
– vnější ochrana před bleskem – hromosvod (LPS-Lightning Protection System),
– stínění,
– protipožární hasicí systém.

Samotná ochrana před bleskem a některé její součásti mají různou možnou kvalitu provedení. Není zas tak složité navrhnout systém na nejvyšší možné technické úrovni, ale problém nastane, pokud se investorovi předloží odhad celkových nákladů. Na jednu stranu se každý logicky ptá, zda je takováto investice vůbec nutná. Na druhou stranu málokterý z investorů je schopen uvést, jak velký blesk si na který den „objedná“ a kam udeří. Toto je tedy také řešeno v analýze rizik.

Hladina ochrany před bleskem (LPL Lightning Protection Level) je určena rozsahem parametrů blesků, vůči kterým se realizují technická opatření. Normativně [4] jsou podchyceny blesky v rozsahu proudu 3000 až 200 000 ampér, celý tento interval řeší opatření v hladině ochrany před bleskem LPL I. Rodinné domy jsou analýzou rizik zařazeny většinou do hladiny ochrany LPL IV, kde se řeší blesky s proudem 16 000 až 100 000 ampér (obr. 5).

Mezi technická opatření, která jsou spojena s velikostí proudu, patří jak vnější, tak vnitřní ochrana před bleskem, a z té tedy kvalita provedení svodiče bleskových proudů, aby byl schopen vést bleskový proud o hodnotě odpovídající polovině maximálního bleskového proudu (obr. 6). Vnější ochrana před bleskem je daná hlavně minimální hodnotou bleskového proudu, kdy musí být natolik hustá, aby byla schopná zachytit i ty nejmenší blesky, se kterými se počítá.

Obě tato opatření, hromosvod a svodič bleskových proudů, je možné tedy volit ve čtyřech kvalitativních úrovních a přímo tak ovlivnit výsledné zbytkové riziko pro objekt a v něm se vyskytující lidi. Když je zvolena vyšší technická kvalita provedení vnější ochrany před bleskem – hromosvodu, je možné nasadit svodič s horšími vlastnostmi, a naopak, pokud je kvalitnější svodič s vyšší schopností svádět bleskový proud, je možné volit horší provedení hromosvodu. V praxi se s ohledem na nepoměr cen při lepším hromosvodu volí spíše varianta, kdy je v analýze rizik navržen svodič bleskových proudů s lepšími vlastnostmi a vnější ochrana před bleskem s horšími při zachování stejné úrovně bezpečnosti objektu.

Tím, že v analýze rizik je na jedné misce vah toto málo pravděpodobné riziko – přímý úder blesku do objektu a zcela pravděpodobné riziko zavlečení bleskového proudu z distribuční soustavy, rapidním omezením toho pravděpodobného se dostaneme do tolerovatelných hodnot.

Návrh ochrany před bleskem
Jakmile je vypracována analýza rizik, lze již přikročit k vlastnímu návrhu ochranných opatření vůči blesku dle ČSN EN 62305-3 [6], s jehož výskytem a parametry nám pomohla analýza. Projektová dokumentace tedy řeší zemnicí soustavu (obr. 7), která by se měla vytvářet přednostně v základové desce domu a mít dostatečný počet vývodů na svody hromosvodu, ale i pro připojení hlavní ekvipotenciální svorkovnice v hlavním domovním rozváděči, kde by měl být umístěn svodič bleskových proudů, pokud nebude v místě vstupu vedení do objektu a vývod by byl pak v tomto místě. Dále je dobré myslet na přímé uzemnění všech kovových konstrukcí v domě, jako jsou schodiště, nebo přizemnění ostatních vodivých technologií (obr. 8). Je dobré též myslet na připojení zemniče garáže, zahradního domku, bazénu či pohonu vrat a připravit si i vývody pro ně.

Hromosvod, vnější ochrana před bleskem
V první řadě je třeba určit, která místa na objektu jsou pravděpodobná pro zásah bleskem. Odborníci v ochraně před bleskem, kteří mají zkušenosti, jsou sice schopní toto určit s velmi vysokou přesností odhadem, ale i tak je třeba jímací soustavu na objekt navrhnout s ohledem na ochranný prostor, který vytvoří. Jímací soustava se skládá z jímacích tyčí a vodičů. Pro zjištění ochranných prostorů, které vytvoří, je možné použít následující metody návrhu z ČSN EN 6230-3:
– valivá koule,
– ochranný úhel,
– mřížová soustava.

Nejvíce používanou metodou je valivá koule (obr. 9.). Celá metoda je založena na tom, že podle velikosti proudu blesk tak daleko „vidí“, tedy že výboj blesku si směrem k zemi ,,ohmatává“ cestu do vzdálenosti 20 m (při 3000 ampérech) daleko a pohyb se odehrává v těchto skocích. Pokud se v této vzdálenosti vyskytuje něco s opačným potenciálem, než má blesk, výboj směřuje tam. Je tedy nutné vytvořit jímací soustavu tak hustou, aby skrz ni nepropadla koule o poloměru 20 m. Tento příklad se vztahuje k hladině ochrany před bleskem LPL I, pro hladinu ochrany před bleskem LPL IV platí 60 m (obr. 10).

Metody ochranného úhlu i mřížové soustavy jsou odvozeny z metody valivé koule, jsou sice jednodušší pro návrh, ale ochranné prostory nejsou tak přesně určené a vyžadují větší náklady na realizaci za pomoci více materiálu. Podle rozmístění jímací soustavy na objektu je potřeba zvolit pozici svodů tak, aby vytvářely co nejkratší cestu od místa zásahu po zemnicí soustavu. Již v analýze rizika bylo určeno, zda ochrana bude izolovaná nebo neizolovaná, tedy Faradayova klec. Vzhledem k tomu, že celokovové či celoželezobetonové domy s minimem oken se vyskytují zcela výjimečně, nebudu se zde dále zabývat možností ochrany za pomoci neizolovaného hromosvodu – Faradayovy klece, ale pouze za pomoci klasického provedení, tedy izolovaného hromosvodu.

Izolovaný hromosvod znamená, že vše, co je jímací soustava, nebo to, co je k ní připojené, jako jsou třeba okapy, oplechování, žebříky a cokoliv jiného vodivého, musí být tak daleko od ostatních vodivých prvků domu, do kterých nechceme bleskový proud pustit, aby díky velmi vysokému napětí na jímací soustavě nedošlo k přeskoku. To je velmi pracné a je potřeba eliminovat veškeré možné chyby (obr. 11).

Nejčastějšími místy, kde může dojít k přeskoku mezi jímací soustavou a jinými kovovými částmi objektu, jsou: antény, kovové komíny, oplechování, okapy, pokovené fólie, pokovené zateplení, fotovoltaické panely, panely pro ohřev vody, armování železobetonu, kovové rámy oken, kovové spony, elektrické rozvody, plynové potrubí, kamery, čidla alarmu, teplotní čidla, osvětlení, ventilátory, kovové ventilační systémy, žaluzie a jejich pohon atd. (obr. 12).

Jak z uvedeného, jistě neúplného, výčtu vyplývá, je to velmi obtížné a pracné na koordinaci s dalšími profesemi, protože pokud dojde v průběhu návrhu či realizace stavby k nějakým, byť drobným změnám v blízkosti jímací soustavy, je třeba vždy vyhodnotit, jak se to ochrany před bleskem dotkne. Součástí projektové dokumentace by tedy měla být vždy zaznamenaná dostatečná vzdálenost potřebná k dosažení elektrické izolace mezi jímací soustavou a čímkoliv vodivým na objektu a v objektu (obr. 13).

Dostatečná vzdálenost mezi jímací soustavou a vodivými předměty
Dostatečná vzdálenost potřebná pro dosažení elektrické izolace mezi jímací soustavou a čímkoliv vodivým na a v objektu, tedy i stavebními konstrukcemi, jako jsou třeba velmi často opomíjená armovací železa, není konstantní hodnota pro celý objekt. Její velikost se mění v závislosti na tom, jaký podíl bleskového proudu v jímací soustavě teče a jaká je vzdálenost k místu vyrovnání potenciálu mezi jímací soustavou a vnitřním vyrovnáním potenciálu v objektu, tedy základovým zemničem.

O co ve výpočtu jde? Ve své podstatě se jedná o velmi prostý princip. Pokud do jímací soustavy vstoupí bleskový proud (pro výpočet se bere v úvahu jeho maximální hodnota v odpovídající hladině ochrany před bleskem – LPL), teče dolů k uzemnění. Pokud bychom měli jímač pouze s jedním svodem, jak by celý bleskový proud tekl vodičem, docházelo by díky impedanci této cesty k úbytku napětí – mezi místem, pro které dostatečnou vzdálenost počítáme, a zemnicí soustavou by byl potenciál rozdílný právě o tento úbytek napětí. Díky vodivým spojům nebo elektroinstalaci v blízkosti jímací soustavy je pak potenciál zemniče vynesen do blízkosti jímací soustavy. Pokud by rozdíl byl vyšší než elektrická izolační pevnost této vzdálenosti, došlo by k přeskoku a část bleskového proudu, nebo klidně i celý, by tekla touto kratší a výhodnější cestou dolů na zemnič a každý si dokáže představit, co by dokázal bleskový proud při toku touto cestou spolehlivě napáchat.

Základní provedení izolované jímací soustavy si vystačí s jednoduchými standardními materiály, jako jsou holé vodiče, podpěry, které jsou vedeny v odpovídající dostatečné vzdálenosti třeba od kamer na fasádě. První komplikace přichází v úrovni střechy, kdy je potřeba jímací soustavu umístit např. na anténní stožár, ale zároveň ji tam umístit tak, aby její podpěry zajistily tuto vzdálenost. Na stožárech, ale i na stěnách se již celá desetiletí s úspěchem používají distanční vzpěry ze sklolaminátu, hovorově označovaný zkratkou GFK. Za pomoci těchto distančních vzpěr se povede jímací soustavu bezpečně nejenom nadzvednout či oddálit, ale i ji v této pozici spolehlivě na objektu dlouhodobě udržet. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost ověření a zajištění odolnosti takovéto konstrukce vůči větru, se kterým se v místě instalace počítá. Také je potřeba zohlednit množství očekávaných námraz v zimě.

Ne vždy je možné tuto vzdálenost spolehlivě dodržet, někdy jsou na stožáru antény rozmístěny tak nešikovně, že nelze najít směr, kam by šlo jímač či vodič na distancích umístit. Jindy by takto provedená jímací soustava na domě působila značně neesteticky nebo by komplikovala obsluhu domu. V současné době lze naštěstí v mnohých případech použít řešení za pomoci vodiče s vysokonapěťovou izolací. Tento výrobek, pokud jsou dodržena pravidla pro jeho instalaci, dokáže zajistit stejnou izolaci, jako je například ekvivalent 45–90 cm vzdušné vzdálenosti.

Jímací soustavu a svody lze poté realizovat jednoduše a jediné, na co je pak potřeba nezapomenout, je to, že kolem vodiče je při toku bleskového proudu v podstatě stejné magnetické pole, jako by se jednalo o vodič bez vysokonapěťové izolace, ale otázku přeskoku lze tímto provedením zcela vyřešit (obr. 15).

Pokud je na objektu ochrana před bleskem kompletně vyřešena, tedy jak vnější (hromosvod), která musí obsahovat i svodiče bleskových proudů na vstupu všech vedení do objektu, tak vnitřní, tedy svodiče přepětí, stínění a kvalitní pospojování, nesmí se zapomínat na udržování ve stavu, který zajistí očekávanou funkci v případě zásahu bleskem. V pravidelných intervalech je třeba ověřovat, zda se nezměnil nejenom stav jímací soustavy, ale hlavně jestli na objektu něco nepřibylo a neovlivňuje to ochranu před bleskem. Vše, každá změna, musí být zaneseno do projektové dokumentace, která v každé době musí přesně odpovídat skutečnosti.
JAN HÁJEK
foto archiv autora

Literatura:
1) Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby.
2) ČSN EN 62305-2 ed. 2. Ochrana před bleskem – Část 2: Řízení rizika.
3) ŘÍHÁNEK, L. a J. POSTRÁNECKÝ. Bouřky a ochrana před bleskem. Praha: ČSAV, 1957.
4) ČSN EN 62305-1 ed. 2. Ochrana před bleskem – Část 1: Obecné principy.
5) ČSN EN 62305-4 ed. 2. Ochrana před bleskem – Část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách.
6) ČSN EN 62305-3 ed. 2. Ochrana před bleskem – Část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života.
7) www.kniSka.eu
8) Materiály a archiv DEHN + SÖHNE

Jan Hájek (*1974)
vystudoval SPŠ dopravní. Profesní kariéru začal v roce 1993 u firmy AEG Domácí spotřebiče. Po roce přešel do firmy ETG J. Fröschl & Co., s. r. o., elektrotechnického velkoobchodu, který opustil z pozice vedoucího prodeje pro ČR, aby nastoupil do firmy DEHN, s. r. o., kde pracuje dosud v technickém marketingu. Je uznávaným odborníkem přes instalaci zařízení na ochranu před bleskem a přepětím.