Villámvédelem

Túlfeszültség-védelem lépésről lépésre

2004/9. lapszám | Kruppa Attila |  15 173 |

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

Előző írásunkban arra koncentráltunk, hogy gyakorlati szempontok alapján egy-egy családiház túlfeszültség-védelmét milyen nagyságú villámáramra célszerű méretezni. Most a másik irányból közelítjük a témát, azaz megvizsgáljuk, hogy a különböző elektromos fogyasztóberendezések mennyire szorulnak védelemre, illetve milyen szempontokat kell figyelembe venni a finomvédelmi eszközök kiválasztásánál és beépítésénél.

A nagy energiájú túlfeszültség-impulzusok elleni védelemre az épület betáplálásának közelében elhelyezett B-fokozatú (az MSZ 61643-11 szerint 1. típusú) levezetők szolgálnak.

Helyes méretezés és beépítés esetén a B-fokozatok biztosítják, hogy akár közeli villámcsapáskor sem sérülnek az elektromos vezetékek, megelőzve ezzel a tűz kialakulásának veszélyét és fenntartva a folyamatos áramellátás lehetőségét. Ugyanakkor ezek a levezetők működési elvüknél, konstrukciójuknál és alkalmazási módjuknál fogva csak korlátozott védelmet nyújtanak (ezért is nevezik sokszor durva- vagy alapvédelemnek), és nem védenek kellően az olyan kisebb energiájú impulzusok ellen, amelyek a fogyasztó-berendezések egy részére még veszélyesek lehetnek. A túlfeszültség-védelem hatásfoka C- és D-fokozatú (2. és 3. típusú) levezetők alkalmazásával javítható. Ezek közül a C-fokozat beépítése ritkán merül fel kérdésként: ahol a B-fokozat beépítésre kerül, ott ezzel egy időben általában a C is, mert jelentős többletköltséget ez nem okoz, és beszerelését a B-fokozathoz hasonlóan célszerű szakemberre bízni. A védelem hatásfokát azonban jelentős részben a D-fokozatú finomvédelmek és a gyengeáramú védelmi eszközök beépítése határozza meg, mely azonban komoly költségtöbblettel járhat. Ezért fontos annak eldöntése, hogy mely fogyasztókat mennyire kell védeni, és a védelmi rendszert költség és hatékonyság tekintetében hogyan lehet optimalizálni.

Milyen védelmet igényelnek a fogyasztó-berendezések?

A különböző berendezések az izzólámpától a számítógépig természetszerűleg nem sorolhatók egy kategóriába. Nemcsak azért, mert belső szerkezeti felépítésük különböző, és így ugyanaz az impulzus különböző hatást gyakorol rájuk, hanem azért is, mert meghibásodásuk következményei, a károk is eltérőek.

A gyakorlatban nehéz korrekt (számszerű) módon megítélni, hogy egy-egy berendezés mennyire érzékeny, avagy érzéketlen. A berendezések műszaki leírása erre általában nem tér ki, és szabványokra sem támaszkodhatunk nagyobb sikerrel. Ezért annak eldöntéséhez, hogy mely fogyasztókat célszerű finomvédelemmel ellátni, más gondolatmenetet követünk: elsősorban azt vesszük figyelembe, hogy mennyire fontos egy-egy berendezés működőképességének vagy sérülésmentességének megóvása, és ehhez alakítjuk a túlfeszültség-védelmet. Ennek következtében persze lehet túlméretezett a túlfeszültség-védelem, de a túlméretezés még mindig nagyságrendekkel olcsóbb, mint az alulméretezés miatt esetleg bekövetkező kár. Hozzá kell tenni azt is, hogy egyre nehezebb túlméretezni a védelmet: Egyrészt sok olyan berendezés kap mikroelektronikát, amelyekben korábban nem volt, másrészt a berendezésgyártók költségtakarékossága közvetve is vezethet a sérülékenység növekedéséhez (pl. a fém helyett műanyag tokozat alkalmazása, méretcsökkentés, stb.).

Hangsúlyozni kell a védelem teljes körű kialakításának fontosságát is, ami alatt azt értjük, hogy ha egy berendezést védeni akarunk, akkor valamennyi olyan vezetékcsatlakozását levezetővel kell ellátni, amelyen túlfeszültség-impulzus megjelenhet. Például egy TV esetében ez azt jelenti, hogy nemcsak az erősáramú hálózati csatlakozás, de az antennavezeték irányából is védeni kell a készüléket. Megjegyezzük, hogy azok a berendezések, amelyek több kiterjedt hálózathoz csatlakoznak, túlfeszültség szempontjából egyszersmind veszélyeztetettebbnek is tekinthetők. (Kiterjedt hálózat alatt az erősáramú hálózaton túl elsősorban a telefon- és a kábelTV-hálózatot értjük – családi házak esetén más hálózattípus nem szokott előfordulni.)

Az alábbiakban néhány készüléktípus példáján keresztül világítjuk meg azt a gondolatmenetet, amely annak eldöntéséhez vezet, hogy az adott berendezést szükséges-e finomvédelemmel ellátni.

Számítógép

Túlfeszültség-védelemmel kapcsolatban a legtöbbet emlegetett berendezés. Tegyük hozzá: sokszor indokolatlanul. Mint munkaeszköz, kétségtelenül a lista elejére kívánkozik, hiszen meghibásodása nemcsak azt jelenti, hogy egyes részeinek cseréje pénzbe kerül, de azt is, hogy a javítás, az adatok visszaállítása vagy pótlása időkiesést jelent, amelynek költsége lényegesen nagyobb lehet, mint a javításé. Tehát mint munkaeszköz a lehető legteljesebb védelemre szorul, így a D-fokozat beépítése javasolt. (Ne felejtsük el, hogy a gép nem csak az erősáramú hálózatra csatlakozik!) Mint szórakoztató elektronikai berendezés (főleg, ha hálózatra nem is csatlakozik), a középmezőnyben foglal helyet, így a C-fokozatú védelem is elégséges lehet.

Vagyonvédelem

Fontosságát szükségtelen firtatni. Emellett érzékeny berendezésnek tekinthető, mert az erősáramú- és esetleg a telefonhálózathoz is csatlakozik, az érzékelők kiterjedt hálózatán túl. A 230 V-os és a telefoncsatlakozás finomvédelme nem lehet kérdéses. Azonban az érzékelők hálózatán a megfelelő védelem kialakítása igazi szakmai kihívást jelenthet (Fotó6[Kamera1] vagy Fotó7[Kamera2]). Családiházak esetén költség-hatásfok szempontjából az optimális védelem általában elérhető az erősáramú- és telefonhálózati védelem beépítésével.

Kazánok

A kazánokat mindenképp célszerű a fontos berendezések közé sorolni. E berendezések fejlettebb típusai mikroprocesszoros vezérléssel rendelkeznek, melyek érzékenyek a légköri és kapcsolási túlfeszültségekre, ami önmagában indok a D-fokozatú védelem kialakítására. Ugyanakkor a kazán a gázvezetékhez és a kéményhez is csatlakozik. A gázvezetékkel kapcsolatban az EPH-hálózat szabványos kialakítására kell ügyelni. Különösen figyelni kell azokra az esetekre, amikor a kémény fém béléscsövezésű: Nem ritka, hogy a fém béléscső (illetve az ahhoz csatlakozó fém szerelvény) az épület legmagasabb pontja, és ekkor a közvetlen villámcsapás veszélye sem hanyagolható el. A megoldást erre az esetre a szakszerű külső villámvédelem létesítése nyújtja, természetesen összehangolva a túlfeszültség-védelemmel (ld. az előző számban megjelent cikket).

Téli időszakban, amikor a kazán működése alapvető fontosságú, szerencsére ritkák a villámcsapások, de kapcsolási túlfeszültségek előfordulhatnak. Ezek energiája kicsi, így sérülést nem okoznak, de ahhoz elegendőek, hogy a processzor működését és így a beállított program futását megzavarják. Ez kellemetlen lehet főleg akkor, ha a család sí-szünetről hazaérve kihűlt házra talál. Bár a túlfeszültség levezetők alapvetően villámimpulzusok elleni védelemre szolgálnak, a D-fokozatok a kapcsolási túlfeszültségek ellen is nyújtanak védelmet.

Szórakoztató elektronika

Az ide sorolt berendezések kényelmi szempontok, vagy értékük miatt szorulhatnak védelemre, bár érzékenységük sem vitatható: kedvenc műsorunk közben nem szívesen kapcsoljuk ki a TV-t és húzzuk ki az antennát zivatar idején. (ide nem küldtem képet, de egy semleges – tévét néző manus – esetleg beszúrható.) Figyelembe kell venni, hogy a finomvédelem (230 V + antennavezeték csatlakozásra) költsége egy átlagos TV-készülék árának a 20-50%-át is elérheti. Egyértelműbb a döntés a csúcskategóriás készülékeknél, ahol a finomvédelem költségének aránya néhány %-ra esik vissza.

A finomvédelem eszközei és beépítésük feltételei

A finomvédelmi és a gyengeáramú túlfeszültség-védelmi eszközöknek nagy előnye, hogy laikusok is egyszerűen csatlakoztathatják a hálózatra. Ez természetesen rejt némi veszélyt önmagában, azon túl is, hogy a védelmi eszközök kiválasztásakor a küllem és az ár lesz a meghatározó szempont, nem pedig a műszaki paraméter. Nem szabad ugyanis elfelejteni, hogy a túlfeszültség-levezetők megbízható működésének feltételei vannak, amelyek nem feltétlenül teljesülnek:

• A C- és a D-fokozatok közötti koordinált működés csak akkor valósul meg, ha a két levezető között legalább 5-6 m vezetékhossz van. Ez egy elég szigorú feltétel, amelyet könnyű megsérteni egy átlagos alapterületű családi háznál. A közeli beépítés a D-fokozatú levezető túlterheléséhez és tönkremeneteléhez vezethet.
• A védőföldelés megléte elengedhetetlen a D-fokozatú levezető működéséhez, ezért túlfeszültség-levezetőt csak földelt dugaljba érdemes csatlakoztatni. (Fotó3[Földelt_dugalj])
• A D-fokozatú levezető beépítésének csak közvetlenül a fogyasztó előtt van értelme. Ez legfeljebb 2-3 m vezetékhosszúságot jelent a levezető és a készülék között. Ebből azonban az is következik, hogy e távolságon belül az a dugalj is rendelkezhet védelemmel, amelyikbe nincs is túlfeszültség-levezető dugva. Természetesen feltétel, hogy a dugaljak azonos fázisra legyenek kötve. Így például az elosztóhoz csatlakoztatott túlfeszültség-levezető is az elosztóra kapcsolt valamennyi fogyasztó számára azonos módon biztosítja a védelmet. (Fotó2[FNS-D-2])
• A gyengeáramú levezetőket az EPH-hálózatra kell csatlakoztatni. Ez ugyanúgy feltétele a működésnek, mint a D-fokozatoknál a védőföld megléte, gyakorlati kivitelezése azonban nehézségekbe ütközhet: Egyes levezetőkön külön csatlakozóvezeték áll erre rendelkezésre, amit csavaros kötéssel kell a védendő készülék fémházán kialakított földelő pontra kötni (ha van ilyen), vagy a védővezetőhöz kötni. (Fotó4[KoaxB] vagy esetleg Fotó5[RJ11Tele])(Az EPH-hálózathoz csatlakoztatás csak a legritkább esetben kivitelezhető, mert ha van is ilyen az épületben, a levezetők beépítési helyén nem feltétlenül áll rendelkezésre.) Máskor úgy alakítják ki a levezetőket, hogy az erős- és gyengeáramú levezető közös tokozatba kerül. Ekkor a gyengeáramú levezető földelése az erősáramú dugalj védőföldjén keresztül megtörténik, külön nem kell róla gondoskodni. (Fotó1[FNS-TV-2])
• A gyengeáramú levezetőknél, így a telefonvonali, vagy kábelTV-védelmeknél nem különül el szükségszerűen az erősáramú levezetőknek megfelelő B-C-D fokozat. A szabványos védelem természetesen itt is úgy alakítandó ki, hogy a vezeték épületbe történő belépési pontjának közelében kell elhelyezni a durvavédelmi, és közvetlenül a készülék előtt a finomvédelmi fokozatot. A gyakorlatban ritkán épül ki a védelem ennek az elvnek megfelelően, általában egy kombinált levezetőt (amely tartalmazza a durva- és a finomvédelmet is) építenek be a készülékek előtt. A tapasztalat szerint ez a megoldás is jó hatásfokkal működik.
• A gyengeáramú levezetőknél – amelyeket nevezhetünk adatvonali vagy telekommunikációs levezetőknek is -, a levezetők szokásos paraméterein (pl. a levezető-képességen és a feszültségkorlátozáson) túl arra is ügyelnünk kell, hogy beépítésük a kommunikációt a jelek csillapításával befolyásolhatja.

Összefoglalás

A családiházak túlfeszültség-védelmével kapcsolatban három alapvető kérdésre kerestük a választ.

• Hogyan lehet megbecsülni, hogy az épület túlfeszültség-védelmét mekkora impulzus levezetésére célszerű méretezni?
• Milyen védelmet igényelnek a különböző elektromos berendezések?
• Melyek a védelem működésének legfontosabb feltételei?

A válaszokat szem előtt tartva szakembernek és laikusnak egyaránt lehetősége nyílik arra, hogy jó minőségű túlfeszültség-védelmi eszközökből valóban jó hatásfokú védelmi rendszert építsen ki.

Túlfeszültség-védelem

---