Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Villámvédelem

Túlfeszültség-védelem

2003/5. lapszám | Kruppa Attila |  4463 |

Figylem! Ez a cikk 19 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Egyre gyakrabban találkozhatunk kombinált túlfeszültség-levezetőkkel. Hogyan valósítható meg ezekkel a többlépcsős túlfeszültség-védelem? Kombinált túlfeszültség-levezetők A kombinált túlfeszültség-levezetők felépítése jelentősen különbözik egymástó...

Egyre gyakrabban találkozhatunk kombinált túlfeszültség-levezetőkkel. Hogyan valósítható meg ezekkel a többlépcsős túlfeszültség-védelem?

Kombinált túlfeszültség-levezetők
A kombinált túlfeszültség-levezetők felépítése jelentősen különbözik egymástól. Állhatnak tisztán félvezetőből (varisztorból), vagy tartalmazhatják szikraközök, varisztorok és vezérlő- (gyújtó-) áramkörök kombinációját változatos formában. A "kombinált levezető" elnevezés mégsem az összetett felépítésre utal, hanem arra, hogy - típustól függően - több követelményosztály ("B+C", "B+C+D") vizsgálati feltételrendszerét is teljesítik, így segítségükkel a túlfeszültség-védelem két vagy három fokozata egy eszközzel valósítható meg. A működési paraméterek - levezetőképesség, zárlati áram megszakító képesség, működési sebesség, megszólalási feszültség stb. - jelentős különbségeket mutatnak a felépítés függvényében. A kombinált túlfeszültség-levezetőkről emiatt nehéz általánosságban írni. Az ide sorolható típusok alkalmazása azonban terjedőben van, és ebben a cikkben néhány ezzel kapcsolatos szempontra szeretnénk a figyelmet felhívni.

A terjedés az alábbi, kézenfekvőnek tűnő előnyökkel magyarázható:
• Egy levezető számára könnyebb helyet találni, mint két vagy három eszköznek.
• Csak egy levezetőt kell jól beépíteni.
• Esetleg olcsóbb is, mint több különálló egység.

Vannak olyan helyzetek, ahol ezek az előnyök valóságosak, és a túlfeszültség-védelmet "hagyományos" levezetőkkel körülményesebb megoldani. A legjobb példa erre a fémkonténerben elhelyezett elektronikák védelme. Mégis, a gyakorlathoz közelebb eső feladatoknál - például egy családi ház védelménél - ezek az előnyök felülvizsgálatra szorulnak.

A túlfeszültségek terjedési módjának és a védelmi rendszer kialakításának kapcsolata
A védelem kialakításának egyik lényeges szempontjaként figyelembe kell vennünk, hogy a túlfeszültség milyen módon hatolhat be a ház belső terébe és az ott elhelyezett elektromos berendezésekbe. Ez - leegyszerűsítve - kétféleképp történhet:
• Vezetve, amikor a túlfeszültség-impulzus fémes vezetőkön (elektromos vezetékek, fémcsövek) terjed.
• Sugározva, amikor a villámcsapás által keltett elektromágneses tér terjed, és hoz létre a berendezésekhez csatlakozó fémes vezetőkön - mint "antennákon" - túlfeszültség-impulzust.

A két behatolási mód mindig egyszerre van jelen, de a vezetve, illetve sugározva terjedő túlfeszültségek nagysága és aránya számos körülmény függvénye. Mennyiségi becslést nehéz adni, mert a sugárzott túlfeszültségek nagysága döntően függ a berendezéshez csatlakozó fémes vezetők geometriájától. Elfogadva azonban a szakirodalomban fellelhető adatokat, még a néhány száz méter távolságban lecsapó villám hatására is kV nagyságrendű sugárzott túlfeszültségek ébredhetnek, amit nem hagyhatunk figyelmen kívül.

Az MSZ IEC 1312-1 szabvány alapján, amely a védelem alapelveit fogalmazza meg, különbséget kell tennünk a vezetett, illetve a sugárzott túlfeszültségek elleni védekezés eszközei között:
• A vezetett zavarok elleni védekezés eszközei a túlfeszültség-levezetők.
• A sugárzott zavarok elleni védekezés eszköze az elektromágneses árnyékolás.

Ez az a pont, ahol el kell gondolkodnunk. A legtöbb túlfeszültség-védelmi rendszer csak túlfeszültség-levezetőkből épül fel, elektromos árnyékolásról általában nem gondoskodunk. A sugárzott zavarokkal szemben ezek a rendszerek nem nyújtanak védelmet?

A sugárzott túlfeszültségek elleni védekezés
Olyan létesítményeknél, ahol szerkezetépítéskor a betonvasalás sűríthető vagy ahol utólag fémhálóval lehet borítani az érzékeny berendezéseket tartalmazó helyiségek falát, célszerű az elektromágneses árnyékolást ilyen formában megvalósítani. (A fémkonténer esetében ez természetesen szerencsés adottság.) Családi házaknál ez aligha oldható meg. Itt (és minden olyan létesítménynél, ahol az árnyékolás kialakításától el kell tekinteni) azt a kisegítő megoldást lehet alkalmazni, hogy a "D" fokozatú túlfeszültség-levezetőt közvetlenül a védendő berendezés előtt építjük be. Hangsúlyozni kell, hogy közvetlenül, ami alatt legfeljebb vezetékhosszon mért 2-3 métert kell érteni. Ilyen módon csökkenthető az "antennaként" működő vezetékszakasz hosszúsága, így a sugárzásból "levett" energia, azaz túlfeszültség-impulzus nagysága is.

A többlépcsős túlfeszültség-védelmi rendszer kialakítása
Családi házak védelmi rendszerének kialakításánál tehát ügyelnünk kell arra, hogy az épület belsejét átjárja az elektromágneses tér, emiatt ha érzékeny berendezéseinket a sugárzott zavarok ellen is hatásosan akarjuk védeni, akkor a "D" fokozat és a védendő berendezés - mondjuk a számítógép - közötti távolság 3 méternél nem lehet nagyobb. A többlépcsős védelem kialakításának lehetőségeit ez a távolságadat alapvetően befolyásolja. Ezzel függ össze az az elv is, hogy a "B" és a "C" fokozatot a védendő berendezéstől minél távolabb, a betáplálás közelében, a "D" fokozatot pedig a védendő berendezés (közvetlen) közelében kell elhelyezni. A gyakorlatban emiatt, ha összevonjuk is a "B" és a "C" fokozatot, különálló "D" fokozatra szükség van, azaz a védelemnek legalább kétféle eszközt kell tartalmaznia. Kérdéseket persze nemcsak a "B+C+D", hanem a "B+C" fokozatot egyesítő levezetők is felvetnek. Itt a probléma magvát a két fokozat hagyományos alkotórészei, azaz a szikraköz és a varisztor közötti jelentős különbség hordja magában.
Ennek a problémának az elemzése túlmutat e cikksorozat keretein, ezért csak röviden vázoljuk a jelenlegi fő megoldási irányzatokat:
• a "B+C" levezető csak varisztorokat tartalmaz;
• a vezérelt "B(+C)" fokozatú szikraköz mellé közvetlenül beépíthető a "C" fokozatú varisztor - ilyenkor két különálló egységet kell beépítenünk;
• a vezérelt "B(+C)" fokozatú szikraköz és a "C" fokozatú varisztor közös tokozatba kerül - ilyenkor egy egységet kell beépítenünk.

Mindhárom megoldás mutat előnyös és hátrányos vonásokat az alkalmazás szempontjából. A lényeg: e két fokozat összevonására a gyakorlati lehetőség családi házaknál is adott. Azt, hogy melyik megoldást célszerű alkalmazni, vagy egyáltalán nem érdemesebb-e hagyományos kialakítást alkalmazni, csak konkrét esetre vonatkozóan lehet eldönteni. A szükséges tájékoztatás jobb híján ez ügyben is a gyártóktól szerezhető be: kérdezzünk rá a gyártó által ajánlott többféle megoldás előnyére, hátrányára. Így van esélyünk a "mindenre jó" és a "csak előnnyel rendelkező" típusok felderítésére.

Összefoglalás
Oda lyukadtunk ki, amivel akár kezdhettük volna is: túlfeszültség-levezetőknél a "kombinált" jelző jelentése egyelőre bizonytalan, annak dacára, hogy egyre többen használják ezt a szót. A jól-rosszul ide sorolt eszközök kiváló megoldást kínálhatnak speciális feladatokra, de nem tekinthetők univerzálisan alkalmazható eszközöknek. Továbbra is érvényes, hogy a többlépcsős túlfeszültség-védelem kialakításakor nem pusztán az alkalmazott levezető(k) műszaki paramétereit kell figyelembe venni, hanem a védendő létesítmény sajátosságait is (így többek között az elektromágneses árnyékolóképességet). Ez a túlfeszültség-védelemnek folyton-folyvást viszszatérő eleme, amelyet nem lehet eléggé hangsúlyozni.