Villámvédelem

Túlfeszültség-védelem lépésről lépésre

2004/7-8. lapszám | Kruppa Attila |  7829 |

Figylem! Ez a cikk 22 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A minap azt olvastam valahol, hogy „az elmélet és a gyakorlat elméletben ugyanaz, csak a gyakorlatban különbözik”. A szerzőre sajnos nem emlékszem, pedig megérdemelné. A túlfeszültség-védelmet ismét témájául választó következő néhány cikkben ezt a frappáns mondást szem előtt tartva igyekszem majd bemutatni a védelem tervezésének és kivitelezésének gyakorlati szempontjait, lépésről lépésre.

Családi házak védelme

A védelem kialakításának az első lépcsője annak felmérése, hogy mekkora a követlen villámcsapás veszélye, illetve közeli villámcsapás esetén milyen nagyságú villámáram megjelenésével kell számolnunk. Ennek folyamán azt határozzuk meg, hogy a túlfeszültség-védelmi rendszert milyen vilámáram-impulzusra célszerű méretezni. Az eredményeket családiházaknál nem kell számszerűsíteni, általában elegendő a kicsi-nagy fogalmakkal dolgoznunk. Számszerű méretezésre is van lehetőség az MSZ IEC 1312-1 révén – ahol lehet, megadunk majd olyan méretezési értékeket, amelyek az esetek nagy részében irányadóak lehetnek.

A felmérés folyamán olyan kérdéseket kell feltennünk, amelyeknek egy részével külső villámvédelem kapcsán is találkozhatunk:

Az épület zárt beépítésű környezetben helyezkedik el, vagy különálló?

A környezet jelentős mértékben befolyásolja, hogy az épület milyen valószínűséggel kaphat közvetlen villámcsapást. A zárt beépítésű környezet, ahol az épületeket több oldalról is hasonló jellegű épületek veszik körbe, egy-egy épület szempontjából a közvetlen villámcsapás veszélyét csökkenti. Az építési magasságok nem különböznek jelentősen, és nincs olyan, az átlagmagasságból kiemelkedő tereptárgy (pl. templomtorony) sem, amely jelentősen befolyásolná a közvetlen villámcsapás valószínűségét. A zárt beépítésnek az is előnye, hogy ilyenkor az (akár erősáramú, akár távközlési jellegű) hálózatra sok közeli fogyasztó csatlakozik, és így a villámáram közvetlen villámcsapás esetén is gyorsan megoszlik a csatlakozási pontok között. Ezeknél a házaknál elfogadható a túlfeszültség-védelem 30-40 kA levezetésére történő tervezése (ami természetesen 10/350 us-os villáminpulzusra értendő).

Kiemelkedő tereptárgyak közelében a közvetlen villámcsapás veszélye megnő, és a hálózatot érő villámimpulzus is nagyobb értékűnek feltételezhető, ami miatt nagyobb levezetőképességre kell méretezni a védelmi rendszert. Ugyanígy kell eljárni akkor is, ha különálló épületről van szó.

Rendelkezik az épület külső villámvédelemmel?

Külső villámvédelmet tűz- és vagyonvédelmi szempontok alaján telepítünk a BM 2/2002 rendeletnek, illetve az MSZ 274 szabványnak megfelelően. A rendelet alapján családiház jellegű épületekre sem a külső villámvédelem, sem pedig a túlfeszültség-védelem kiépítése nem kötelező. Ha azonban az épület rendelkezik villámhárítóval, azt tudni kell, hogy a külső villámvédelem megléte nem biztosít egyúttal túlfeszültség-védelmet is.

A külső villámvédelmet kötelező fémesen csatlakoztatni az épület elektromos hálózatához (a fő földelőkapcson, illetve -sínen keresztül), ami azzal a következménnyel jár, hogy közvetlen villámcsapáskor a villámáram jelentős része megjelenik az épület elektromos hálózatának egyes részein. Ez általában a vezetékek és a hozzájuk csatlakozó berendezések károsodásával jár, rosszabb esetben tűz is keletkezhet. Ezért ha az épület rendelkezik villámhárítóval, akkor célszerű (de ilyenkor sem kötelező!) túlfeszültség-védelem kiépítéséről külön (de a külső villámvédelemmel összhangban) gondoskodni.

Külső villámvédelem megléte esetén célszerű a túlfeszültség-védelmet úgy méretezni, hogy legalább 50 kA villámimpulzust képes legyen levezetni. A továbbiakban arra keressük a választ, hogy a távolabb lecsapó villámok mennyire veszélyeztetik az épületet, és az elosztóhálózat kialakításának módját hogyan kell figyelembe venni:

Milyen a közcélú elosztóhálózat kialakítása?

A légvezetékes elosztóhálózati csatlakozás veszélyt növelő tényezőnek számít. Ez a hatás zárt beépítés mellett általában elhanyagolható, részben azért, mert az elosztóhálózat ritkán emelkedik ki a környezetből, részben pedig azért, mert a hálózatot érő villámcsapás árama a fogyasztói csatlakozási pontokon megoszlik. Azonban olyan esetekben, ahol a légvezetékes (0,4 kV-os) szakasz hosszú, és ráadásul kevés fogyasztó csatlakozik (pl. tanya-jellegű épületek, különálló ingatlan dombtetőn, stb.), mindenképp szükséges a nagy levezetőképességű B-fokozatok alkalmazása amiatt is, mivel ezek az épületek közvetlen villámcsapás szempontjából is veszélyeztetettek. A méretezésben itt is 50 kA a javasolható érték.Az elosztóhálózat kialakítását egy másik szempontból is figyelembe kell venni: Az áramszolgáltatói transzformátor teljesítményétől és távolságától függően a B-fokozat beépítésének helyén változó a független zárlati áram nagysága. Ezt a paramétert ott lényeges figyelemmel kísérni, ahol szikraközök kerülnek beépítésre a transzformátorok 50-70 m-es körzetében. Ilyenkor a túlfeszültség-levezetőnek alkalmasnak kell lennie a levezetéskor fellépő utánfolyó zárlati áram megszakítására. Ez automatikusan nem mindig teljesül, mert a szikraközös B-fokozatú túlfeszültség-levezetők egy része 5 kA alatti zárlati áram megszakítóképességgel rendelkezik (ne tévesszük össze a villámáram levezetőképességet a zárlati áram megszakítóképességgel!). Ha a megszakítóképesség kisebb a független zárlati áram értékénél, az veszélyezteti a folyamatos áramellátás biztonságát. Ezért szikraközök alkalmazásakor különösen sok figyelmet kell fordítani a szakszerű beépítésre, mind a fogyasztó, mind pedig az áramszolgáltató érdekében.

Milyen a csatlakozás hálózati formája?

Itt arra kell gondolnunk, hogy TN-C vagy TN-S, azaz 4 vagy 5 vezetős betáplálásról van szó. A túlfeszültség-védelem célja a potenciálkiegyenlítés, ezért minden vezetőt csatlakoztatni kell a földpotenciálra: amit lehet, azt fémes kötéssel közvetlenül, amit nem, azt túlfeszültség-levezetőn keresztül. Ennek következtében a vezetők számánál eggyel kevesebb túlfeszültség-levezetőre (illetve az elterjedt szóhasználat szerint: pólusra) van szükségünk: 4 vezetős betáplálásnál 3-ra (egy-egy fázisvezető és a PEN-vezető közé beépítve), 5 vezetős betáplálásnál 4-re (egy-egy fázisvezető és a PE-vezető, illetve a nullavezető és a PE-vezető közé; itt létezik egy régebbi kapcsolási mód is, ahol egy-egy üzemi vezető és a védővezető közé kerül a 4 levezető).

Amennyiben nem 3-fázisú betáplálásról van szó, a szükséges pólusszámot ugyanígy határozzuk meg. Meg kell azonban jegyezni, hogy hogy az egyfázisú betáplálások túlfeszültség-védelmi szempontból kedvezőtlen esetnek minősülnek: A villámáram-impulzus a vezetőkön közel egyenletesen oszlik el, ezért ugyanakkora imulzus esetén a 3-fázisú betáplálás vezetői (és túlfeszültség-levezetői) kevésbé terhelődnek, mint az 1-fázisúé. Ez a terhelésnövekedés elsősorban a vezetékekre és a vezetékkötésekre nézve okoz méretezési problémát, és sokszor megnehezíti az elvárt biztonságot nyújtó túlfeszültség-védelem kialakítását.

Hol van elhelyezve a fogyasztásmérő?

Alapesetnek az tekinthető, amikor a fogyasztásmérés helye az épület utcafronti külső falsíkján van, és a földelőszonda helye ennek közvetlen közelébe esik. Ez az elhelyezkedés több szempontból is kedvező: A fogyasztásmérés helye ilyenkor egybeesik a 0/1 villámvédelmi zónahatárral, és a túlfeszültség-levezetők a legrövidebb bekötővezetékkel csatlakoztathatók a földpotenciálra. Szerencsés ez az elhelyezkedés abból a szempontból is, hogy az esetleg meglévő, vagy kiépíteni tervezett külső villámvédelmet általában egyszerű a fő földelősínre csatlakoztatni. További előny, hogy a fogyasztásmérő előtt, a méretlen szakaszon beépített B-fokozatú (1. típusú) túlfeszültség-levezetővel nagy hatásfokú, a folyamatos áramellátást nem veszélyeztető védelem érhető el. Ehhez képest minden más eset kedvezőtlenebb. Ha a fogyasztásmérés helye az épülettől távolabb esik (telekhatárra kihelyezett fogyasztásmérő), akkor a túlfeszültség-levezető már nem építhető be úgy, hogy a 0/1 villámvédelmi zónahatárra és egyúttal méretlen fővezetéki szakaszra is kerüljön. Összességében elmondható, hogy a fogyasztásmérő beépítési helyének és a 0/1 villámvédelmi zónahatárnak az egymáshoz viszonyított helyzete döntően befolyásolja a B-fokozatú túlfeszültség-védelem hatékonyságát.Az épület elhelyezkedésén és betáplálásának paraméterein túl még egy további tényező is befolyásolja, hogy mekkora villámáram impulzusra kell méretezni az épület túlfeszültség-védelmét: az, hogy rendelkezik-e olyan külső csatlakozásokkal, amelyek jelentős villámáramot továbbíthatnak az épület elektromos hálózatába.

Vannak tetőfelépítmények, épületen kívüli csatlakozások?

Olyan szerkezetekre kell gondolnunk, amelyek fémből készülnek, és csatlakoznak az épület elektromos hálózatához. A külső villámvédelmet leszámítva, amelynek fontosságáról már szóltunk, ilyenek szerkezet lehet a tetőn:

• a csatlakozóvezeték tetőtartója,
• a külső villámvédelem,
• antennák,
• klímaberendezések kültéri egysége,
• ereszcsatorna fűtés,
• fém vagy fém béléscsővel rendelkező kémények stb.

Hasonlóan kell figyelembe venni az épületet elhagyó egyéb csatlakozásokat:

• kerti világítás,
• kapunyitó-berendezések,
• biztonsági kamerák, stb.

Ezeknél a szerkezeteknél és berendezéseknél egyformán arra kell figyelni, hogy az elektromos hálózat elhagyja az épület határolófalait, és kilép a 0-ás villámvédelmi zónába, akár közvetlen villámcsapás talppontja is lehet – ilyenkor csak túlfeszültség-levezetők beépítésével kielégítő hatásfokú védelemről általában nem lehet gondoskodni. Túlfeszültség-védelem szempontjából a védekezés érdekében a legtöbbet a megfelelő elhelyezéssel tehetjük, ott ahol ez lehetséges: pl. egy antenna felállítási helye változtatható, a kéményé kevésbé. Javíthat a védettségen a külső villámvédelem szakszerű kiépítése, ha a szerkezet ezáltal védett térbe kerül. Csak ezek után lehet a védettséget megfelelő levezetők beépítésével növelni.

A védelmi rendszernek ez a része több szempontból is bonyolult:

• A különböző csatlakozások elektromos paraméterei változóak. Gondoljunk egy antenna-csatlakozás és egy világítási áramkör közötti különbségre: Más a feszültség, a frekvencia, a kábel szerkezete. Ennek folytán a túlfeszültség-levezetők is eltérőek.
• Ha a csatlakozás vezetékkeresztmetszete kicsi, csak korlátozott nagyságú villámáramot képes továbbítani. Teljesen fölösleges egy 1,5 mm2-es vezetéket 50 kA-es levezetővel védeni, mert már töredék villámáram hatására is elpárolog.
• A levezető beépítésének a helyét jól kell megválasztani: célszerűen a csatlakozóvezeték épületbe történő belépésének közvetlen közelében. A védekezés során alapvető fontosságú, hogy a villámáramot minél kevésbé engedjük az épület belső terébe behatolni.

Tekintetbe kell venni az erős- és gyengeáramú hálózatok túlfeszültség-védelmének egymásra hatását: Például annál az épületnél, amelynek a legmagasabb pontja az antenna, kétségtelenül fennáll annak a veszélye, hogy a talpponti villámcsapás energiájának jelentős része bekerüljön az erősáramú elektromos hálózatba is. Ezt ugyan figyelembe kell venni a B-fokozatú túlfeszültség-levezető méretezésekor, de a TV számára megfelelő védelmet csak az antenna áthelyezésével lehet elérni.

Folytatása következik

---