Uzemnění a ochrana anténních systémů před úderem blesku

GSM - MWProblematika ochrany anténních systémů se často diskutuje. Pokud se podíváme po střechách bytových domů, zjistíme, že velké množství antén je instalováno nevhodným způsobem, a často při jejich provozu hrozí riziko úrazů nebo ztrát na majetku, způsobené nevhodným svedením nebo rozdělením bleskových proudů. Málokdo si ale uvědomuje, že zásah bleskem hrozí i při pěkném letním počasí bez bouřky. Ne nadarmo se říká „jako blesk z čistého nebe“. Je důležité zdůraznit, že v našem pásmu se výskyt bouřek pohybuje v rozmezí 20 – 45 dnů v roce.
Pojďme se podívat na základní terminologii a úskalí při ochraně anténních systémů před úderem blesku. Teoretické základy lze také čerpat v článku Ochrana před bleskem – vnější ochrana.

Ekvipotenciální sběrnice

Ekvipotenciální sběrnice (pro zelenožluté PEN vodiče) je místo pro vyrovnání potenciálu. Musí být kvalitně uzemněna a nesmí být v žádném případě napojena na hromosvod, a to ani bleskojistkami nebo jiskřištěm. Zemní odpor pro PEN musí být menší než 2 ohm, v případě hromosvodu je to maximálně 10 ohm. V tom případě by se bleskový proud rozdělil ve prospěch PEN a vydal by se vnitřkem objektu.

Živé vodiče

Pro živé vodiče se u vstupu do budovy používá přepěťových ochran a svodičů bleskových proudů (SPD). Živé vodiče jsou zpravidla stíněné nebo instalované ve stínících trubkách. Zamezí se tím možné elektromagnetické indukci v případě blízkého úderu. Stínění se propojí na ekvipotenciální sběrnici. Kabelová trasa musí být v ochranné zóně jímací soustavy. Podél trasy je možné instalovat malé pomocné jímače, avšak v dostatečné vzdálenosti s (ČSN EN 62305-3, čl. 6.3).

Živé vodiče se nesmí křížit (např. průvěsem) se sdělovacím vedením a vedením nízkého a vysokého napětí. Křížení veřejných cest musí být povoleno obecním úřadem.

Budova bez hromosvodu

Pokud není nainstalován na budově žádný hromosvod, zřídí se jímač pouze pro anténní systém. Jeho funkce bude ochrana před přímým úderem blesku. Pro oddálený hromosvod stačí vybudovat jeden svod, kde je nutné dodržovat dostatečnou vzdálenost s od anténní soustavy, stožáru a výložníků. V případě neoddáleného hromosvodu je nutné zbudovat minimálně svody dva. Každý zemnič, ke kterému je připojen příslušný svod, musí být uložen v nezamrzající hloubce nebo se využije stávající základový zemnič. I zde platí, že zemnič je spojen s hlavní ekvipotenciální sběrnicí.

Hromosvody a antény instalované na střechy objektů

Oddálený hromosvod je úplně izolovaná soustava jímačů a svodů (vnější potenciál) od zařízení s vnitřním potenciálem, kterými mohou být antény, anténní stožár, vnitřní elektroinstalace, sdělovacích zařízení, kamerové systémy, klimatizace, apod. (ČSN EN 62305-3, čl. 5.1.2). Izolace je tvořena dostatečnou vzdáleností s (ČSN EN 62305-3, čl. 6.3). Při použití vodičů HVI nemusí být dodržena nutnost oddálení takového svodu od vnitřního potenciálu. Zařízení s vnitřním potenciálem je potřeba vzájemně pospojovat (propojit PEN vodiče na příslušné sběrnici). Pro živé vodiče (komunikační kabely, napájení) se použijí svodiče SPD typu 2, kategorie C2. Oddálené hromosvody nespojujeme s vnitřním potenciálem (PEN) bleskojistkami ani jiskřištěm (hrozí rozdělení bleskových proudů a poškození zařízení uvnitř budovy).

Neoddálený hromosvod je neizolovanou soustavou, která vylučuje přímý zásah blesku do anténní soustavy. Tato soustava je vodivě spojena s anténním stožárem. Veškeré vodivé konstrukce jsou vodivě pospojeny (ČSN EN 62305-3, čl. E5.1.1). Živé vodiče (komunikační kabely, napájení) se spojí s neživými částmi pomocí svodiče SPD typu 1, kategorie D1.

Venkovní drátové antény mimo budovy

Velkým problémem z hlediska rizika zásahem blesku a indukování statické elektřiny jsou velké drátové antény používané radioamatéry zejména pro krátkovlnný provoz. Ty musí být bezpečně umístěny z dosahu lidí a zvířat, jelikož hrozí přeskok elektrického náboje a popálení, případně šok. Bezpečná vzdálenost je minimálně, jako v případě svodů hromosvodu, 3 m.

Takové antény by měly být vybaveny jiskřištěm odvádějícími bleskový proud do zemniče. Veškeré napáječe asymetrické (souosé, koaxiální kabely) je nutné připojit stíněním na ekvipotenciální sběrnici. Napáječe symetrické (dvoulinky, žebříčky, atp.) je potřeba chránit jiskřištěm (případně bleskojistkami přímo u vstupu do budovy). Mezi výstupními svorkami antény je možné vložit neindukční odpor o velikosti cca 1 Mohm. Ten slouží ke snížení rozdílu potenciálu v případě indukce statické elektřiny. U přesně laděných antén je možné použít tzv. čtvrtvlnný zkrat. Ten však nesmí být připojen k zemniči (hromosvodu).

Před bouřkou nebo při opuštění stanoviště je nezbytné takové antény odpojovat (i od ekvipotenciální sběrnice). O ochranu se v takovém případě postará připojené jiskřiště. Připojení na ekvipotenciální sběrnici nebo hromosvod je nevhodné, protože anténa a napáječ není dimenzován na bleskový proud, a v případě připojení na ekvipotenciální sběrnici se svedený bleskový proud může dostat do budovy.

Drátové antény a napáječe se nesmí vést v blízkosti sdělovacích vedení a vedení nízkého a vysokého napětí, kde hrozí překřížení v případě mechanického uvolnění antény nebo vedení.

Malé antény pod hranicí střechy

Pokud budeme instalovat malé venkovní antény, nebo sdělovací a jiná zařízení, pod spodní hranici střechy blízko budovy, musíme dbát zejména na umístění v ochranném úhlu a vzdálenosti s od hromosvodu. Na vstupu vodičů do budovy by měly být instalovány svodiče SPD. Nesmíme zapomínat na správné připojení k ekvipotenciální sběrnici.

Antény pod střechou

U takto umístěných antén stále existuje nebezpečí elektrostatického výboje nebo ojediněle zásahu blesku. Proto je nutné i takové soustavy uzemnit na ekvipotenciální sběrnici, a to včetně stínění kabelů.

Antény umístěné pod plechovou střechou postrádají smysl. Chceme-li použít anténu v armované železobetonové budově, v mnoha případech s pokovenými skly, bude příjem signálu značně limitován. Jeho síla bude závislá i na použitém kmitočtu (přímá souvislost vlnové délky s velikostí oka armování).

Umístění a instalace jímačů, svodů, zemničů a ochran SPD

Nikdy neumisťujeme žádné části soustavy na hořlavý podklad a v jeho blízkosti (např. pod polystyrenové zateplovací desky). Svody nelze vést uvnitř budov. Lze ale využít kvalitně pospojované/svařené armovací sítě železobetonových budov.

Zemnič musí být předepsaných rozměrů a tvaru a řádně uložen v zemi. Současně nesmí být izolován od okolního prostředí.

Jímače musí být umístěny nad anténami. Je nutné dodržovat ochranné úhly (dle ČSN EN 62305 závisí na třídě ochrany před bleskem a výškou budovy; ve staré normě ČSN 34 1390 byl tento úhel 112 °) a vzdálenosti s vztahující se ke všem prvkům anténního systému (ČSN EN 62305-3). Jímače oddáleného hromosvodu umístěné nad anténním stožárem umisťujeme na nevodivé podpůrné sklolaminátové tyče GFK.

Pokud je to možné, dáváme přednost hromosvodu oddálenému/izolovanému. V případě neoddáleného je nutné instalovat svodiče SPD typu 1, kategorie D1, nicméně je zde stále riziko rozdělení bleskových proudů a jejich zavlečení do instalace uvnitř budovy.

U vodičů HVI (High Voltage Isolation) spojujeme plášť (svorky PA) na příslušných místech s ekvipotenciální sběrnicí. V okolí hlavic a koncovek HVI dodržujeme vzdálenost s (týká se i vzdálenosti koncovek vodiče HVI od svorek PA).

Jímací soustava nesmí být využívána pro závěs nebo připevnění antén, avšak stožár antény může sloužit v ojedinělých případech jako jímací zařízení hromosvodu (popsaný neoddálený hromosvod – vždy je nutné živé vodiče doplnit svodiči SPD).

Je potřeba zvažovat třídu ochrany před bleskem – LPS. Od té se odvíjí veškeré potřebné výpočty a vzdálenosti.

Jak nikdy nezemnit

Ač je to běžnou praxí radioamatérů a dalších provozovatelů antén, v žádném případě nezemníme na potrubí plynové, vodovodní, a potrubí ústředního topení. Tyto soustavy nemusí být kvalitně uzemněny a části dobře elektricky pospojeny. V některých místech může být použit i nevodivý materiál, kterým bývá často plast.

Pokud přesto takové uzemnění použijeme, je zde riziko, že svedený náboj někoho zraní nebo způsobí škody na majetku uvnitř budovy. Dalším problémem jsou různé elektrické potenciály v takové soustavě celé budovy. To poznáme v případě, že se s notebookem zapojeným do elektrické sítě opřeme o kovový „uzemněný“ radiátor.

Dalším důvodem je riziko, že protékající proud může mít vliv na protékající kapalinu a vlastní materiál potrubí.

Uzemňování přes plynové potrubí je přímo zakázané.

Zemnit není rozumné ani přes stínění koaxiálních kabelů či přes středový ochranný kolík (PE) v zásuvkách 230 V.

Závěr

Tento článek si nedává za cíl být návodem jak ochránit anténní systém, ale byl sepsán pro seznámení s problematikou a získání základního přehledu. V každém případě musí být ochrana před bleskem přesně naprojektována, odborně instalována a pravidelně revidována dle legislativy platné v době výstavby nebo rekonstrukce.

Napsat komentář