Zaščita pred udari strele in prenapetostmi na sodobnem objektu

Udari strel najpogosteje povzročijo uničenje električnih naprav, računalnikov. Naprav, brez katerih sodobno podjetje, kmetija in tudi gospodinjstvo ne more več delovati. Proti udarom strel v objekt in njenim posledicam na električnih in drugih kablih se lahko  danes precej uspešno zaščitimo. Vendar kaj je prenapetost in kako se pravilno zaščiti pred prenapetostjo je še danes slabo poznano področje in temu primerna je prenapetostna zaščita na objektih. Pogosto opažam nepravilno izvedene prenapetostne zaščite, še pogosteje pa prenapetostna zaščita sploh ni izvedena. Dolgo sem delal v razvoju prenapetostnih zaščitnih naprav in poznam delovanje prenapetostnih zaščitnih naprav, zato bom v nadaljevanju opisal kaj je prenapetost in kako pravilno v skladu s standardi izvesti prenapetostno zaščito.

Ob udaru strele nastanejo atmosferske razelektritve,  ob tem pa prenapetosti. Prenapetost je kratkotrajno povišanje napetosti od nekaj voltov in vse do 100.000V in več. Lahko se pojavi na vseh vodnikih, ki niso ozemljeni. Tudi na nevtralnem N, signalnem, podatkovnem in telekomunikacijskem vodniku. Po vodniku prenapetost premosti daljše razdalje in na svoji poti povzroča škodo. V zadnjih 20 letih, z razvojem sodobnih elektronskih naprav, kot so računalniki,  se znižuje prag občutljivosti elektronskih naprav na prenapetosti. Če sta nekoč žarnica ali elektromotor prestala prenapetosti za več 100V, pa je danes ta prag pri računalnikih samo še nekaj 10V. Poleg udarov strel, prenapetosti nastanejo tudi zaradi napak v omrežju, električnih napravah, instalacijah, razlik v potencialu ozemljitve.

Ko želimo objekt zaščititi pred prenapetostmi, je naprej potrebno poskrbeti za zaščito pred direktnim udarom strele oziroma namestiti strelovod. S strelovodom objektu naredimo zaščitno mrežo in strela bo udarila v strelovod in po najkrajši poti stekla v zemljo. Pri načrtovanju strelovoda je potrebno upoštevati vse izstopajoče dele, kot so ventilatorji, sončne elektrarne in podobno. Tu se pogosto uporabljajo lovilne palice, ustrezne višine in razdalje od ščitenih delov. Če tega ne izvedemo ustrezno, lahko tok strele spustimo v sam objekt. Zato je načrtovanje strelovoda potrebno prepustiti ustreznim strokovnjakom. Tok strele se mora čimprej razpršiti po zemlji in potreben je dober ozemljilni sistem. Ozemljilni vodniki v zemlji z leti prerjavijo ali se kako drugače uničijo,  zato so obvezne periodične meritve ozemljitve. Ozemljitev je povezana z vsemi kovinskimi deli v objektu. S tem so vsi kovinski deli na istem potencialu tudi ob udaru strele v bližino objekta.

Pred kratkim sem se  srečal s škodo v hlevu ravno zaradi razlike v potencialu ozemljitev. Vsi kovinski deli so ozemljeni, vendar niso med seboj povezani, kar zaradi razpršenosti objektov ni možno brez rezanja asfalta in betona. Pravilno je izvedena tudi energetska prenapetostna zaščita. Ob udaru strele v bližnjo okolico kmetije je nastala potencialna razlika nekaj 10 V med ozemljitvijo kovinskega silosa in ozemljitvijo v glavni elektro omari. To je bilo dovolj za uničenje računalnika, ki je s silosom povezan s podatkovnim kablom.

Ko imamo izveden strelovod in ozemljitveni sistem, je potrebno poskrbeti za zaščito pred vsemi prenapetostmi, ki lahko v ščiteni prostor pridejo po bakrenih in drugih kovinskih vodnikih. To izvedemo s prenapetostnimi zaščitnimi napravami.

Preden montiramo energetske prenapetostne zaščitne naprave, moramo vedeti, kjer bomo zaščito montirali in kakšen sistem zaščite ima objekt. Energetske prenapetostne zaščite se delijo v tri razrede in le razred I po IEC standardu, po nemškem standardu bolj poznan pod B, zdrži udarni tok strele. Te zaščite so narejene in tudi preizkušene za obliko udarnega vala toka strele 10/350. Montirajo se ob vstopu vodnika iz nezaščitenega prostora v objekt. Običajno je to priključno merilna omara s števcem. Razred II ( C )  je namreč preizkušen le za val oblike 8/20. Prenapetostna zaščita razreda II  ne prenese toka udara strele. Namenjena je za vse notranje razdelilne omare. Prenapetost, ki smo jo z neko prenapetostno zaščito omejili, z dolžino spet pričenja naraščati in to omejimo z razredom II. Kritična dolžina je že 10 m med posameznimi prenapetostnimi zaščitami. Tik pred samo napravo se uporablja  prenapetostna zaščita razreda III ( D). Običajno je to vtikač z zaščito. Preizkušen je na kombinirani val in prestane približno 10krat nižjo prenapetost kot razred II.  Namenjen je za fino zaščito. V praksi so pogosti primeri, ko je edina prenapetostna zaščita le zaščita razreda III v vtičnici pred samim računalnikom. Udar strele takšno zaščito seveda uniči in potem se pogosto sliši, da prenapetostna zaščita ni učinkovala.

Nadalje je potrebno vedeti, ali ima objekt sistem zaščite TT, TN-C ali TN-S. To potrebujemo zaradi pravilnega ščitenja nevtralnega vodnika N. Zelo pogosta slaba praksa je, da se N vodnik preprosto zanemari in se ščitijo le fazni vodniki. Ob udaru strele v kabel ali njegovo bližino se bo zaradi indukcije prenapetost pojavila na vseh vodnikih v kablu. Prenapetost po N vodniku ravno tako uničuje naprave kot po faznem vodniku. Pri nižjih prenapetostnih je pri posameznih napravah lahko še večja škoda, če imamo zaščitene le fazne vodnike. Na spodnjih slikah so prikazane pravilne vezave posameznih sistemov.

Zelo pomembna je prenapetostna zaščita na telefonskih in podatkovnih kablih. Večji računalniški sistemi in pametne instalacije vsebujejo precej senzorjev ali so posamezni deli naprav povezani med seboj s podatkovnimi kabli. V primerih, ko gre za daljše razdalje ali so podatkovni  vodniki instalirani vzporedno z energetskimi kabli ali gredo kabli preko nezaščitenega področja, je zelo priporočljivo uporabiti ustrezne zaščite. Primer potrebe to tej zaščitit sem opisal v primeru pri razliki v izenačitvi potenciala v hlevu, kjer je bila škoda več kot 10 krat večja od same zaščitne naprave. Računalnik sem nato zaščitil s podatkovno prenapetostno zaščito. Nekatere novejše elektronske naprave imajo že vgrajene zaščitne elemente, ki pa ne dosegajo vseh vrednosti prenapetostne zaščite. Poleg tega te zaščite običajno nimajo termične zaščite pred požarom, ki jo prenapetostne zaščite morajo imeti. Prenapetostne zaščitne naprave namreč morajo prestati zelo zahtevne teste predno se lahko pojavijo na EU trgu.

Podatkovne in telekomunikacije prenapetostne zaščite se precej razlikujejo od energetskih zaščit. Tu signal potuje skozi samo zaščitno napravo. Zato moramo predhodno poznati  napetost, tok in frekvenco signala, ki potuje preko kabla. Če izberemo zaščito z napačnimi podatki lahko uničimo zaščito ali bo naprava, računalnik prejemal napačne ali nobenih podatkov. Na sodobnih objektih so podatkovne zaščito zelo potrebne, vendar v praksi jih skoraj ni.

Prenapetostne zaščitne naprave vsekakor so potrebne, vsaj razred I in II. Glede ostalih prenapetostnih zaščitnih naprav pa se običajno odločimo glede  na vrednost in pomembnost naprave, ki jo želimo zaščititi. Škoda, ki nastane ob enem samem udaru hitro preseže 10 kratno vrednost prenapetostnih zaščitnih naprav. Sam izbor in montaža prenapetostnih zaščitnih naprav morata biti v skladu s standardi, sicer ni ustrezne zaščite. In to je bil namen opisanega, opozoriti na pogoste napake in kako pravilno postopati.