Pozitívne skúsenosti so systémom ochrany pred účinkami blesku v Towercom, a. s.

Základným krédom spoločnosti Towercom, a. s., je kvalita poskytovaných služieb, bezpečnosť a ochrana životného prostredia v rámci systému manažmentu kvality, bezpečnosti a životného prostredia. Spoločnosť získala v r. 2009 certifikát Integrovaného manažérskeho systému riadenia kvality podľa normy STN EN ISO 9001: 2008, systému riadenia ochrany životného prostredia podľa normy STN EN ISO 14001: 2004 a systému riadenia informačnej bezpečnosti podľa normy STN ISO/EC 27001: 2005. V minulom roku spoločnosť úspešne obhájila recertifikovanie. Päť rokov od zavedenia Integrovaného manažérskeho systému môžeme konštatovať, že sa stal živou súčasťou riadenia procesov v našej spoločnosti.

Dôležitosť a význam ochrany pred bleskom a prepätím

V rámci uvedených skutočností je našou úlohou neustále inovovať a zlepšovať technologické procesy, ktoré súvisia s kvalitou nami poskytovaných služieb. Vysoko sofistikované rádiokomunikačné  a dátové technológie sú bytostne závislé aj od podpornej infraštruktúry. Treba pripomenúť, že v posledných rokoch boli skoro všetky pôvodné technológie postavené na klasických elektronických prvkoch, ako boli elektrónky a tranzistory relatívne odolné proti jednotlivým druhom prepätí, nahradené novými, modernými digitálnymi technológiami, vysoko citlivými na akékoľvek druhy prepätí a elektromagnetické vplyvy. Porucha alebo ich výpadok môže mať ďalekosiahle následky.

Náš cieľ kvality by sme nenaplnili bez špičkových podporných technológií bezvýpadkových napájacích systémov rôznych druhov a úrovní napätí a výkonov, ich ochrán pred nepredvídanými anomálnymi stavmi a ich monitoringu. Jedným z našich najväčších nepriateľov je tzv. vyššia moc pochádzajúca z atmosféry, kde neustále prebiehajú elektrostatické výboje viditeľné v podobe blesku medzi mrakmi alebo blesku medzi mrakom a zemou. Vežová infraštruktúra je ideálnym zachytávačom bleskov, nakoľko stožiare a veže sú postavené na najvyšších kótach. Historicky pri blížiacej sa búrkovej činnosti prichádzal v povedomí našich pracovníkov stres s čakaním, že sa k nám „blíži práca“ a skoro istý výpadok niektorej služby. Každá búrka v lokalite hociktorého vysielača sa „viac alebo menej“ dotkne našich objektov.

Preto sa problematika systémov ochrán pred bleskom a prepätím stala pre nás nezanedbateľnou. Už pred mnohými rokmi, keď boli prepäťové ochrany v začiatkoch vývoja a problematika bleskov bola riešená len na úrovni tzv. bleskozvodu (STN 341390), chytali sme sa akýchkoľvek objavených inovácií a snažili sme sa ich aplikovať a následne pozorovať a vyhodnocovať ich zmysel a účinky. Viedli sme evidenciu porúch zapríčinených búrkovou činnosťou a tam, kde sa poruchy opakovali, začali sme do sieťových prívodov osadzovať prepäťové ochrany, ktoré sme na trhu objavili. Boli to výrobky firmy DEHN + SÖHNE GmbH, pri ktorých sme však v tom čase ešte neskúmali ich ochranné parametre. V tom čase fyzikálne princípy a spracovanie účinkov bleskov neboli také rozpracované, ako sú dnes. Aj napriek tomu sme štatisticky vyhodnotili, že využitie prepäťových ochrán má svoj zmysel a aj napriek vyšším zriaďovacím nákladom sa oplatí do budovania systému ochrany investovať. Prelom v našom prístupe k zvládnutiu a aplikácii týchto inovácií nastal príchodom normy EN a následne STN 62305, ktorá danú problematiku rieši komplexne v štyroch častiach.

Neváhali sme ju naštudovať a čím skôr aplikovať do našej praxe. Samozrejme, mali sme dilemu, ako to budeme riešiť, nakoľko skoro všetky naše objekty boli postavené podľa noriem platných v čase ich výstavby. Teda zvolili sme prístup integrovať nové poznatky z novej normy do objektov a technológií tak, aby sme „nič nezhoršili“ podľa pôvodnej normy STN 341390, ale naopak veci urobili tak, aby v čo najväčšej miere vyhovovali požiadavkám stanoveným vo vtedy novom súbore noriem STN EN 62305. Samozrejme, nové ucelené časti technologických celkov v rámci objektov sme zhotovili plnohodnotne podľa nových technických pravidiel. Aplikovali sme pohľad na ochranu pred bleskom systémovo, teda nielen z pohľadu „len bleskozvod“. Všade, kde sa dá, aplikujeme systémové riešenia ochrany pred účinkami blesku, teda všetky jeho funkčné časti – zachytávače blesku, zvody, pospájania na spoločný potenciál, uzemňovaciu sieť, ako aj vnútorné ochrany, koordinované zvodiče bleskových prúdov a prepätí s rešpektovaním pravidiel stanovených pre jednotlivé zóny LPZ.

Samozrejme, že nielen pomocou aplikácie súboru noriem STN EN 62305 zaistíme riadnu funkciu elektrických alebo elektronických systémov, ale napr. aj pomocou zákona o elektromagnetickej kompatibilite, ktorý platí  v Slovenskej republike od r. 2000, a mnohých ďalších. Tento zákon stanovuje povinnosť rešpektovať požiadavky na elektromagnetickú kompatibilitu zriaďovaných systémov. Dnešný stav techniky umožňuje inštaláciu kvalitných a účinných systémov ochrany proti prepätiam rôzneho pôvodu.

Aplikáciu nových legislatívnych predpisov a noriem súvisiacich  s ochranami všeobecne, ale s hlavným zameraním na ochranu pred bleskom a prepätím ďalej stručne opíšem vďaka jednému z kľúčových rádiokomunikačných objektov – vysielača Bratislava – Kamzík (obr. 1).

Modernizácia ochrany infraštruktúry

K zásadnej energetickej a ochrannej inovácii našej infraštruktúry sme pristúpili cca pred piatimi rokmi v súvislosti s obnovou kľúčových technológií citlivých na prechodové javy a rôzne druhy prepätí a elektromagnetické vplyvy. Rozsiahlu rekonštrukciu sme rozdelili na niekoľko etáp. Vzhľadom na to, že nemožno oddeliť a samostatne riešiť ochranu pred bleskom a prepätím od ochrany napr. pred nebezpečným dotykovým napätím, riešili sme systém komplexne 
a projektovo.

Teda tak, že všetky ochrany musia spĺňať parametre pre možný najrizikovejší prípad, resp. anomálny stav, ktorý by mohol nastať. Nakoľko objekt je napájaný z viacerých vysokonapäťových zdrojov, museli sme v prvom kroku prehodnotiť a vyriešiť bezpečnosť uzemňovacej sústavy tak, aby spĺňala parametre stanovené pre skratové pomery spoločnej uzemňovacej siete VN/NN (inštalovaný príkon 2,5 MVA), ako aj pre bezpečné rozptýlenie bleskového prúdu do zeme v prípade zásahu blesku. V nasledujúcom kroku sme obnovili VN technologické celky (automatiku prepínania VN liniek, VN transformátory a VN rozvodňu s primárnymi ochranami pred bleskom). Vzhľadom na to, že historicky, ako sa postupne objekt dopĺňal o rôzne technológie, s rôznymi napájaniami a sústavami, neboli dôsledne zabezpečené tzv. nulové body, ktoré mali zabezpečiť rovnaký potenciál v prípade anomálnych stavov. Preto sme „na dne“ objektu vytvorili hlavné prípojnice pospájania pre „energetickú nulu“ a „technologickú nulu“ (obr. 2). Tie sú izolovane vyvedené
z objektu von a pripojené na uzemňovaciu sieť.

Táto „nula“ je vyvedená dostatočne nadimenzovanými vodičmi na každé podlažie a je pripojená na prípojnice pospájania, ktoré sú ďalej umiestnené na jednotlivých technologických podlažiach (obr. 3). Tie sú pripojené na ochranné vodiče sieťových prívodov, pričom sú zriadené prepoje na všetky vodivé neživé časti, ktoré sa nachádzajú v predmetnej zóne LPZ. Podobne niektoré citlivé technologické zariadenia sú pripojené na tzv. bezšumovú prípojnicu pospájania, ktorá je „na dne objektu“ a uzemnená vonku na spoločnú uzemňovaciu sieť. Nasledovali obnovy energetických rozvodní a bezvýpadkových zdrojov UPS (obr. 4).

Dimenzovanie systému ochrany pred bleskom a prepätím

Výsledkom analýzy rizika, ktorú sme vypracovali metodikou v zmysle STN EN 62305-2, bolo, že na objektoch treba vykonať ochranné opatrenia na úrovni hladiny LPL 1. Z tohto dôvodu sme všade tam, kde to bolo možné, nainštalovali systém ochrany LPS1. Objekt je rozdelený do zón v zmysle STN 62305. Samotná veža je tvorená mohutnou oceľovou konštrukciou, ktorá zároveň prirodzene plní funkciu zachytávača a zvodu bleskového prúdu. Anténne systémy sú podľa možností a s využitím rôznych „valivou guľou“ zatienených plošín umiestňované tak, aby neboli v zóne možného priameho zásahu blesku. Samotná konštrukcia je na jednotlivých technologických podlažiach pripojená na zriadené prípojnice pospájania, čo je pozitívne pre parameter dostatočnej vzdialenosti s na zamedzenie preskokov bleskového prúdu do technológií umiestnených v zóne  1 pri zásahu blesku do veže. Zónou jedna je v danom prípade vnútro veže pod jej opláštením.

Vnútorná ochrana pred bleskom je riešená v energetických napájacích systémoch tak, že na vstupe napájacích káblov na rozhraniach zón LPZ 0 a LPZ 1 sú osadené kombinované zvodiče bleskového prúdu, ktoré majú integrované zvodiče SPD, typ 1 a 2  v jednom puzdre. Celý predmetný objekt využíva na energetických rozhraniach zón LPZ 0 a LPZ 1 vo svetovom meradle osvedčené výrobky firmy DEHN + SÖHNE. Nami používané a osvedčené zariadenia DEHNventil® spĺňajú požiadavku na ochrannú úroveň LPL1  (obr. 5).

V podružných rozvádzačoch v zónach LPZ 1 a následných sú buď zopakované, alebo osadené zvodiče prepätia SPD, typ 2 DEHNguard® (obr. 6). V zónach LPZ 2 a ďalej sú v opodstatnených prípadoch  a s ohľadom na zabezpečenie menšieho ako maximálneho výdržného napätia na vstupoch citlivých technologických modulov osadené najjemnejšie zvodiče SPD, typ 3, ako sú napríklad DEHNsafe® alebo DEHNrail® (obr. 7). Samozrejme, veľký dôraz je kladený na umiestňovanie a vedenie trás napájacích vedení a dátových sietí, ktoré sú riešené zvyčajne v tienených káblových žľaboch, dostatočne vzájomne oddelené a vzdialené, pričom dôležité je nevytváranie indukčných slučiek.

Vnútorné ochrany pred bleskom a prepätím na koaxiálnych vedeniach sú riešené s využitím koaxiálnych zvodičov bleskového prúdu a prepätia, ak pre príslušný typ kábla takéto výrobky existujú a ak nie, dôsledne sú ich tienenia pripojené bezprostredne pri prechode zo zóny LPZ 0 do zóny LPZ 1 pomocou uzemňovacích súprav na rovnaký potenciál v príslušnej zóne tak, aby bol vylúčený účinok iskrenia pri zásahu blesku do veže.

Národné manažovacie centrum

Predmetný objekt aj ďalšie v rámci celoslovenskej siete umožňuje ovládať a riadiť technologické procesy celej siete. Jeho významnou súčasťou je Národné manažovacie centrum (obr. 8), ktoré ako jedno z viacerých pracovísk dohliada na procesy a technológie súvisiace s poskytovaním našich služieb v rámci SR a zároveň všetky tieto technologické procesy dokáže riadiť. Z tohto dôvodu bolo riešené prioritne aj z hľadiska ochrany pred bleskom a prepätím.

V rámci siete objektov spoločnosti je vybudovaných niekoľko automatických monitorovacích systémov, ktoré cyklicky monitorujú jednotlivé technológie v rámci SR, ako sú napr. vysielače DVBT, napájacie systémy, náhradné zdroje elektrickej energie, a v prípade akejkoľvek poruchy alebo odchýlky od normálu signalizujú alarmový stav, na ktorý okamžite reaguje odborný personál v Národnom manažovacom centre a následne v príslušnej lokalite.

Čo sa týka skúsenosti s účinkom správne navrhnutého a správne nainštalovaného systému ochrany pred bleskom a prepätím, možno na základe našich pozitívnych skúsenosti len potvrdiť jeho význam. Účinky zásahu blesku za posledné roky boli minimálne, resp. skoro žiadne.