Je spojení uzemnění hromosvodu s vodičem PEN elektroinstalace výhodné ?

[Jaroslav Ratiborský]

Je možné vysvětlit, jakým způsobem ochrání přepěťové ochrany elektrozařízení a elektroniku rodinného domku,jestliže spojím uzemnění hromosvodu s vodičem PEN  ? Tímto nezpochybňuji přepěťové ochrany,ale spojení uzemnění hromosvodu s vodičem PEN.
Zatím jsem přesvědčen, i když to vždy nejde, že při samostatném uzemnění hromosvodu vzniknou menší škody.

[Fuk Tomáš]

Řekl bych, že to není dobře položená otázka. Tak totiž ten problém nestojí – jestli zemniče spojit či ne. Souvisí to především s celkovým řešením LPS.
________________________________________________________________________________
Nejlepší ochranu proti škodám představuje hromosvod oddálený, dostatečně izolovaný od budovy a všech systémů jak uvnitř budovy, tak i do budovy vstupujících zvenčí. Pokud je pak takový systém doplněn ekvipotenciálním pospojováním vč. třístupňové ochrany proti přepětí, nelze si nic lepšího přát.
Z pohledu minimalizace škod v objektu samotném je ale i zde výhodnější spojit zemniče PEN a hromosvodu. Sníží se tím jak zemní odpor přizemnění PEN (tzn. lepší odolnost proti poruše tohoto vodiče), tak zemní odpor hromosvodné soustavy (tzn. menší napětí, menší bezpečná izolační vzdálenost).
Z pohledu minimalizace ovlivnění vnější elektrorozvodné sítě je tomu trochu jinak. Oddělení zemničů PEN a hromosvodu výrazně potlačí přenos bleskového proudu do elektrorozvodné sítě. Je však třeba si uvědomit, že zavlečení části bleskového proudu a tedy i přepětí do této sítě se z praktických důvodů nelze zcela vyhnout. Často zmiňovaná mezera (v zemi) 5 m mezi zemniči PEN a hromosvodu je považována za dostatečnou pro to, aby nedocházelo k výbojům, ale zdaleka není dostatečná pro to, aby se zemniče vzájemně neovlivňovaly.
U této varianty řešení s oddělenými zemniči je však naprosto klíčové, aby za žádných okolností, ani při nejsilnějším uvažovaném blesku, nedošlo k výboji mezi vzájemně izolovanými systémy hromosvodu a budovy. Pokud by k němu došlo, byla by situace mnohem horší, než při spojených zemničích. Přirovnal bych to k protržení přehrady, která do té doby chránila před povodní.
Pokud tedy má být zvoleno řešení s oddělenými zemniči, klade to obzvláštní nároky na prostor kolem objektu, kvalitu projekce, montážních prací i použitých komponent. Proto norma hovoří o tom, že je toto řešení možno zvolit u speciálních objektů, přímo vyžadujících oddělení hromosvodu a elektrorozvodů.

A jaké budou škody při úderu blesku do hromosvodu? Pokud síla blesku nepřekročí hodnotu zohledněnou projektem, škody nebudou žádné.
________________________________________________________________________________
Druhé nejlepší řešení je LPS s neizolovaným hromosvodem, s důsledným ekvipotenciálním pospojováním, tedy i zemničů PEN a hromosvodu. Pokud je správně provedeno, mj. s dostatečně dimenzovanými svodiči bleskového proudu, poskytuje objektu samotnému prakticky stejnou úroveň ochrany jako řešení s izolovaným hromosvodem.
A jaké budou škody při úderu blesku do hromosvodu? I zde platí, že pokud síla blesku nepřekročí hodnotu zohledněnou projektem, škody na objektu nebudou žádné.

Odpůrci tohoto řešení namítají, že se do elektrorozvodné sítě zavléká bleskový proud, a že se tím tedy ohrožují okolní objekty. Ano, zavléká se tam, ale důsledky nejsou až tak vážné. Hlavní část zavlečeného proudu jde po distribučním vedení k transformátoru, a jen zlomek z toho do jednotlivých odboček vedení.
Například: blesk 150 kA – z toho 75 kA do elektropřípojky – z toho 35 kA do distr. trafa a 40 kA do 5 odboček, tzn. po 8 kA do každé z 5 odboček k sousedním objektům, tzn. po 2 kA po každém vodiči třífázové přípojky.
Přitom svodiče T1 v zasaženém chráněném objektu udržují napětí mezi jednotlivými vodiči (na vstupu do zasaženého objektu) pod úrovní 1,5 kV, takže pro dodržení téže ochranné úrovně i v sousedních objektech už stačí jen poměrně malý vyrovnávací proud v řádu jednotek kA na jeden chráněný vodič. To mohou v těch sousedních objektech zajistit i přepěťové ochrany T2, případně cca 2 ks p.o. T3. To už nejsou žádné astronomické částky za pořízení, a kdo žádné takové ochrany nepoužívá, asi nemá nic tak cenného, co by bylo vhodné chránit a dobrovolně na sebe toto riziko bere. Jak je uvedeno výše, zavlečení přepětí a bleskového proudu do sítě se u běžného objektu úplně zamezit nedá, ani u vedení uloženého v zemi.
________________________________________________________________________________
Až třetím nejlepším řešením je řešení s neizolovaným hromosvodem a oddělenými zemniči PEN a hromosvodu. Až do určité síly blesku (amplitudy bleskového proudu) poskytuje objektu ochranu téměř srovnatelnou s řešením druhým (má větší zemní odpor zemniče), a zavléká do elektrorozvodné sítě jen malou část bleskového proudu. Při překročení této amplitudy dojde k výboji mezi hromosvodem a systémy v budově, s následnými rozsáhlými škodami vč. zavlečení ostré proudové i napěťové vlny do elektropřípojky, což představuje pro okolní objekty přinejmenším stejné ohrožení přepětím, jako kdyby byly zemniče spojeny. Současně to prudce zvyšuje ohrožení sousedních objektů požárem od zasaženého objektu.
Otázkou je, jaká je ta hraniční amplituda bleskové proudové vlny. To záleží na konkrétních místních podmínkách. Uvědomíme-li si však, že napětí na odděleném zemniči hromosvodu proti vzdálené zemi je při zemním rázovém odporu 3 ohmy a amplitudě bleskového proudu 150 kA nějakých 450 kV, a přidáme-li k tomu nějaké ty stovky kV úbytku napětí na svodech, budeme těžko hledat postaru projektovaný objekt, který to udrží. Jednalo by se pak o objekt s izolovaným hromosvodem zmiňovaný na začátku. Dá se tedy asi odhadnout, že pro většinu stávajících starších objektů s nespojenými zemniči ta mez bude někde kolem 50 kA.
Toto řešení tedy poskytuje při slabém blesku ochranu téměř srovnatelnou jako předchozí řešení se spojenými zemniči (pro okolní objekty, které nemají instalovány žádné svodiče, dokonce o něco málo lepší), avšak při silném blesku je tato ochrana nesrovnatelně horší a škody mohou být velmi značné. Proto ČSN EN 62305-3 toto řešení nedoporučuje.
________________________________________________________________________________
Třístupňová ochrana proti přepětí pak funguje tak, že omezuje přepětí mezi jednotlivými vodiči v elektroinstalaci, a tedy i mezi svorkami spotřebičů. A to nezávisle na tom, zda jsou ony zemniče spojené nebo ne. Rozdíl je jenom v tom, že při nespojených zemničích je namáhána menším proudem (v případě neizolovaného hromosvodu to však platí pouze při slabém blesku – dokud nedojde k výboji mezi hromosvodem a systémy v budově).
________________________________________________________________________________
No a čtvrtým řešením je nerealizovat LPS, což lze doporučit jen u objektů s dostatečně nízkým rizikem.
________________________________________________________________________________
Takže otázka v úvodu tématu zní spíše – realizovat třetí nejlepší řešení, anebo druhé nejlepší řešení, když to úplně nejlepší nelze?

[Jaroslav Ratiborský]

Řekl bych, že to není dobře položená otázka. Tak totiž ten problém nestojí - jestli zemniče spojit či ne. Souvisí to především s celkovým řešením LPS.

Pane Fuku já jsem jasně formuloval otázku a ne problém. Děkuji za obsáhlou odpověď,která však na moji konkrétní otázku neodpovídá respektive nespojení PEN s uzemněním hromosvodu považuje za nevhodné.
Přitom u 90 % objektů postavených před cca rokem 2000 tomu tak je bez a elektroinstalace jsou v provozu bez větších problémů.

[Radek Červený]

Pane Ratiborský, já si zase myslím, a věřím, že podle vývoje vaší karmy nebudu sám, že už jste s tím vaším spojením PEN celkem otravný.
Jistě že tato diskuze slouží k technické diskuzi a řešení problému, ale řešit jeden problém donekonečna unaví i vola.
Vemte si prosím papír a tužku a čistě teoreticky si rozkreslete schéma, kde ochranné pospojování bude na jednom zemniči a uzemnění hromosvodu na druhém. Mezi těmito dvěma zemniči je připojeno nějaké zařízení, například TV a anténa, která je postaru připojena k jímací soustavě. Každý zemnič má jinou hodnotu zemního odporu. Co se stane při zásahu blesku? Berte to třeba jako zadání příkladu. 

Ještě jedna rada. Po kolegovi Kolesovi se uvolnilo jedno místo chráněnce clusteru. Kontaktujte prosím redakci a zažádejte o čestnou funkci chráněnce clusteru. Pokud tak neučiníte, udělám to za vás já. 

[Václav 3]

to kol. Tomáš Fuk:
Krásný a rozsáhlý příspěvek, plně vystihující zásadní rozdíly jednotlivých řešení. Kdybych mohl, dám vám bod.  (jednicka)


to kol. Ratiborský: Jasná a jednoduchá odpověď - Ano, je.


Svět se vyvíjí a s ním se vyvíjí i technická řešení problémů. Dnes již také nepoužíváme jako běžné radio přímozesilující třílampovku s rozsahy SV a DV, stejně tak  celoelektronkový televizor s obrazovkou z osciloskopu.  (no)   Dnešní přístroje, pracující na bázi integrovanýh obvodů a procesorů jsou napájena napětím až stokrát menším než přístroje elektronkové, tudíž jsou na atmosferická přepětí daleko citlivější. Což také vede k jinak konstruované ochraně proti blesku a přepětí. Proto nemůže v dnešní době vyhovět hromosvod konstruovaný podle ČSN 34 13 90, která vznikala v době elektronkových přístrojů. Obé po 50 až 60 létech poněkud zastaralo.

[Alois Kadlík]

Při směru  přepětí od vodiče PEN z opačné strany než je doposud předpokládáno,
je řazení stupňů přepěťových ochran obrácené.
Z tohoto důvodu přepěťové ochrany neplní svou funkci, ba naopak, první zareaguje nejslabší, třetí stupeň ( asi se zničí) a všechny stupně přivedou přepěťí na fázové
vodiče sítě z opačné strany než po přívodním vedení.

[Fuk Tomáš]

Pane Fuku já jsem jasně formuloval otázku a ne problém. Děkuji za obsáhlou odpověď,která však na moji konkrétní otázku neodpovídá respektive nespojení PEN s uzemněním hromosvodu považuje za nevhodné.

Pokud vás zajímají jen takové odpovědi, které s Vámi souhlasí, bude asi lepší poohlédnout se po jiném diskusním fóru.

Přitom u 90 % objektů postavených před cca rokem 2000 tomu tak je bez a elektroinstalace jsou v provozu bez větších problémů.

Ona pražská koňka taky léta fungovala bez větších problémů, Titanik dojel k onomu ledovci také bez větších problémů a elektrárna ve Fukushimě vyráběla el. proud 40 let bez větších problémů navzdory všem zemětřesením a přílivovým vlnám.

[Fuk Tomáš]

Při směru  přepětí od vodiče PEN z opačné strany než je doposud předpokládáno,
je řazení stupňů přepěťových ochran obrácené...

Promiňte, ale to je oblíbený a dávno vyvrácený omyl. Projděte si třeba starší diskuse.

[Rozmahel Vladimír]

...Často zmiňovaná mezera (v zemi) 5 m mezi zemniči PEN a hromosvodu je považována za dostatečnou pro to, aby nedocházelo k výbojům, ale zdaleka není dostatečná pro to, aby se zemniče vzájemně neovlivňovaly....
...A jaké budou škody při úderu blesku do hromosvodu? Pokud síla blesku nepřekročí hodnotu zohledněnou projektem, škody nebudou žádné....

U těch 5 metrů. Myslím, že pokud by ta vzdálenost 5 m byla málo, nebude se jednat právě o blesk XXXXL?
Jaký názor máte na variantu spojení zemničů přes robustní jiskřiště? Při skutečně velkém výboji se zemniče propojí.

Například: blesk 150 kA - z toho 75 kA do elektropřípojky - z toho 35 kA do distr. trafa a 40 kA do 5 odboček, tzn. po 8 kA do každé z 5 odboček k sousedním objektům, tzn. po 2 kA po každém vodiči třífázové přípojky.

To by mohlo snad platit při blízkém trafu, u delší sítě se energie dostane do nejbližších připojených objektů a nejbližších zemničů sítě. Vzdálenější trafo může být úplně OK.

Stále mi nejde pod nos ta hodnota 1,5kV, kterou garantujete, že ji svodiče udrží. Pokud půjde napětí po síti, tak zkratem proti nulové zemi s tím souhlasím. Pokud ale zdroj napětí jde z mraku tak jak to napětí snížíte? Blesk přeci není měkký zdroj napětí. Náboj se vybije proudem, ale to, že snížíme napětí pomocí svodičů se mi nezdá. Pouze nasměrujeme cestu části proudu. To svádí k výkladu, že kdyby v okamžiku výboje bylo vše ve zkratu, účinky blesku se v daném místě neprojeví.

[Alois Kadlík]

Promiňte, ale to je oblíbený a dávno vyvrácený omyl. Projděte si třeba starší diskuse.

Prosím o jaký omyl se jedná. Při hledání na starších diskusích jsem nenašel odpověď
a rád bych věděl v čem se mýlím.

[Fuk Tomáš]

U těch 5 metrů. Myslím, že pokud by ta vzdálenost 5 m byla málo, nebude se jednat právě o blesk XXXXL?
Jaký názor máte na variantu spojení zemničů přes robustní jiskřiště? Při skutečně velkém výboji se zemniče propojí.

Ano, dostatečně výkonné jiskřiště je řešení, které snižuje bleskový proud zavlečený do distribuční sítě při slabých blescích. Mám-li být ale upřímný, považuji za důležitější chránit se hlavně proti silným bleskům, ty totiž obvykle napáchají větší škody. A zde je vložené jiskřiště další komplikace, potenciální místo poruchy, a stojí také nějaké peníze. Navíc se tím snižuje úroveň ochrany proti poruše PEN vodiče.
Takže bych toto řešení volil v případě, kdy je to oddělení zemničů z provozních důvodů skutečně potřebné.

...To by mohlo snad platit při blízkém trafu, u delší sítě se energie dostane do nejbližších připojených objektů a nejbližších zemničů sítě. Vzdálenější trafo může být úplně OK.

No tak to je pak ten ještě lepší případ - SPD T1 pak chrání i ty sousední objekty tím, že drží přepětí mezi vodiči na nízké úrovni a vzdálená trafačka to moc neovlivní. Je to podobné, jako se u SPD T3 uvádí, že to chrání i okolní spotřebiče do vzdálenosti XX metrů.
Distribuční trafo bude úplně OK v obou případech - pokud distributor má ochranu své trafačky vyřešenu jak má být.

Stále mi nejde pod nos ta hodnota 1,5kV, kterou garantujete, že ji svodiče udrží. Pokud půjde napětí po síti, tak zkratem proti nulové zemi s tím souhlasím. Pokud ale zdroj napětí jde z mraku tak jak to napětí snížíte? Blesk přeci není měkký zdroj napětí.

Naopak, blesk je velmi měkký zdroj napětí, prakticky se dá považovat za zdroj proudu (což už tu píšu asi po desáté).

[Rozmahel Vladimír]

Už chápu Vaši filozofii. Vy považujete blesk za čistý proudový impuls.
S tím souhlasím, ale napřed musí dojít ke spojení výbojů vlivem rozdílů potenciálů.
Pak proteče proud dvěmi body mezi kterými je rozdíl potenciálu. Kdyby byl napěťově měkký tak by netekl žádný proud. Ideální zdroj proudu má nulové napětí.
Tou neměkkostí zdroje jsem myslel to, že rozdíly napětí v místě zásahu blesku se sníží pouze tím, že se ten náboj samočinně vybije. Ne tím, že ho pustíme proti síti nebo zemi a díky tomu dojde ke snížení napětí. Dojde, ale tím, že se náboj vybíjí. Něco na způsob obrovského nabitého kondenzátoru, který má jeden fous zapíchnutý daleko od místa úderu do země. Druhým fousem se někdo, kdo to  nahoře pozoruje, dotkne místa zásahu. Kondenzátor se pak vybije.  :D
Asi se to přirovnání moc nehodí. Tvrdý nebo měkký zdroj se předpokládá v delším čase, tady je to mžik.

[Fuk Tomáš]

Prosím o jaký omyl se jedná. Při hledání na starších diskusích jsem nenašel odpověď
a rád bych věděl v čem se mýlím.

Kdo hledá, najde třeba toto.

[Fuk Tomáš]

...ale napřed musí dojít ke spojení výbojů vlivem rozdílů potenciálů.
Pak proteče proud dvěmi body mezi kterými je rozdíl potenciálu. Kdyby byl napěťově měkký tak by netekl žádný proud. Ideální zdroj proudu má nulové napětí.

Tak to máte nějakou divnou definici zdroje proudu. Já znám tu, která říká, že (ideální) zdroj proudu dává do zátěže proud, který je nezávislý na impedanci zátěže, a výstupní napětí je tedy součinem onoho proudu a impedance zátěže.

Něco na způsob obrovského nabitého kondenzátoru, který má jeden fous zapíchnutý daleko od místa úderu do země. Druhým fousem se někdo, kdo to  nahoře pozoruje, dotkne místa zásahu. Kondenzátor se pak vybije.  :D

Jo, ale dotkne se pomocí dlouhého bleskového kanálu, který má impedanci mnohem větší, než je zemní impedance toho místa zásahu. Proto se blesk chová jako zdroj proudu.

Jednoduchý příklad: potenciál bleskového mraku 10 MV, amplituda bleskového proudu 100 kA, odtud cosi jako rázový odpor bleskového kanálu 100 ohm. Jak moc se na velikosti bleskového proudu projeví to, zda má hromosvodná soustava rázový zemní odpor 1 ohm nebo 10 ohm? Prakticky jen nepatrně. Ale vzniklé napětí na hromosvodné soustavě se liší 1:10.

P.S. používám zde termín rázový odpor, čímž míním podíl amplitudy napětí k amplitudě proudu (které nenastávají současně). Mám ten český termín od Ladislava V. Řihánka. V anglických textech se používá např. equivalent earth resistance v tomtéž smyslu. V českých textech se někdy používá termín dohodnutý (zemní) odpor, ale ten se mi nelíbí, protože zastírá podstatu pojmu, zatímco termín rázový odpor ji dobře vystihuje.

[Rozmahel Vladimír]

Rozumím výkladu úvah o úbytcích napětí vzniklých na odporu vedení.
Našel jsem článek, který popisuje mnou myšlený detail.

[Fuk Tomáš]

Ten kousek článku říká to samé co já zde, jenom uvažuje poměrně vysoký zemní odpor zemnicí soustavy objektu, takže operuje s poněkud vyšším napětím HOP proti vzdálené zemi.

[Milan Hudec]

Pane Fuku já jsem jasně formuloval otázku a ne problém. Děkuji za obsáhlou odpověď,která však na moji konkrétní otázku neodpovídá respektive nespojení PEN s uzemněním hromosvodu považuje za nevhodné.
Přitom u 90 % objektů postavených před cca rokem 2000 tomu tak je bez a elektroinstalace jsou v provozu bez větších problémů.

Já bych na Vámi daný problém šel z druhé strany, jak vidno, blesku se asi nezbavíme, co se tedy zaměřit na ten otravnej PEN drát a používat izolované napájecí soustavy :)

[Rozmahel Vladimír]

Moc si nepomůžete. IS má přeci taky PE spojený se zemí. Snad jedině čelovka by byla bezpečná. Člověk by byl zároveň osvícen.  (dance)