Villámvédelem

Az új villámvédelmi szabvány II

2007/1-2. lapszám | Kruppa Attila |  6765 |

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

Vezérfonál a szabvány megértéséhez Amint azt előző cikkünkben már említettük, az 5. pont lényegében vázolja azt az elvi hatásmechanizmust, amely a villámok és a villámkárok, illetve az utóbbiak következtében előálló veszteségek között teremt kapcsolatot, és amelynek ismerete nélkülözhetetlen a szabvány további lapjainak értelmezéséhez, alkalmazásához. Ne számítsunk bonyolult összefüggésekre: a lényeg a tapasztalható jelenségek leírásának szintjén kerül tárgyalásra. A leírás egyfajta vezérfonal, amely segítséget nyújt a szabvány, különösen a Kockázatelemzés megértéséhez. A villámok épületekre gyakorolt hatása A vezérfonál első elemeként a villámcsapások épületekre gyakorolt hatását taglalja a szabvány. Ez számos paraméter függvénye, melyek között az épületjellemzőket is megtaláljuk: . szerkezet (fa, tégla, beton, vasalt beton, acélszerkezet), . funkció (lakóház, iroda, mezőgazdasági épület, színház, szálloda, iskola, kórház, múzeum, templom, börtön, üzlet, bank, üzem, gyár, sportcsarnok), . benn tartózkodók és tartalom (személyek és állatok, éghető vagy nem éghető anyagok jelenléte, elektromos és elektronikus rendszerek alacsony vagy magas lökőfeszültség-állósággal), . csatlakozó szolgáltatások (elektromos hálózat, telefonhálózat, csővezetékek), . meglévő, illetve tervezett védelmi intézkedések (intézkedések a fizikai károsodás vagy életveszély csökkentésére, intézkedések a belső rendszerek meghibásodásának elkerülésére), . a veszély nagysága és jellege (nehezen kiüríthető épületek, vagy olyan épületek, ahol pánikkal kell számolni, környezetüket veszélyeztető létesítmények. Ezek a jellemzők a szabvány második lapjában kifejtve (számszerűsítve) jelennek majd meg, mint kockázatot befolyásoló tényezők. A villám által okozott károk és veszteségek A vezérfonál második eleme a villámcsapások, az ezek által okozott kár- és veszteségtípusok logikai összerendezése. A károk és veszteségek forrásai (source) olyan villámcsapások, amelyek lecsapási pontja a védendő épülethez viszonyítva négyféle lehet: . S1 - Épületet érő közvetlen villám, . S2 - Épület közelében lecsapó villám, . S3 - Épülethez csatlakozó szolgáltatást érő villám, . S4 - Épülethez csatlakozó szolgáltatás közelében lecsapó villám. (Amint azt az előző cikk végén megjegyeztük, a épületek [építmények] és a szolgáltatások villámvédelmét a szabvány különválasztja. Itt azonban eltekintünk a különbségektől, és csupán az épületekre koncentrálunk. A szabvány bemutatásának szempontjából ez az egyszerűsítés megengedhető.) A lecsapó villámok által okozott károkat (damage) három csoportba sorolja a szabvány, függetlenül a villámok és a védendő épület kölcsönös helyzetétől: . D1 - Emberek és állatok érintési- és lépésfeszültség által bekövetkező sérülése, . D2 - Fizikai károsodások (tűz, robbanás, mechanikai sérülés, vegyianyagok kiszabadulása) a villámáramok hatására, . D3 - Belső rendszerek meghibásodása a villám által keltett elektromágneses impulzus hatására. A károk közvetve és közvetlenül is veszteségekhez (loss) vezetnek, amelyeknek négy típusát különbözteti meg a szabvány: . L1 - Emberi élet elvesztése, . L2 - Közszolgáltatás elvesztése, . L3 - Kulturális örökség elvesztése, . L4 - Gazdasági érték elvesztése (épület és tartalma, szolgáltatás és tevékenység megszűnése). Egy-egy villámcsapás persze nem vezet szükségszerűen a felsorolt veszteségek bármelyikéhez is. A károk és veszteségek bekövetkezése csak valamilyen valószínűséggel jellemezhető, amely függvénye a villámjelenségek statisztikus előfordulásának, fizikai paramétereinek. A valószínűséget a védendő épületek jellemzői is (méret, szerkezeti kialakítás, funkció stb.) befolyásolják. A veszteség forrása (pl. épület közelében lecsapó villám) és a veszteség (pl. emberi élet elvesztése) közötti kapcsolat, amely a veszteség kockázatát meghatározza majd, részleteiben tehát számos tényezőtől függ. Ezeket a tényezőket a szabvány második lapja, az MSZ EN 62305-2 a kockázatértékelés bemenő adataiként majd felsorolja, részletes tanulmányozásuk itt szükségtelen. A mindennapi élet szempontjából a veszteség és a veszteség bekövetkezésének kockázata értelemszerűen együtt veendő figyelembe. Ennek megfelelően a szabvány bevezeti az előbb említett veszteségtípusokhoz kapcsolódó kockázatok (risk) alábbi típusait is: . R1 - Emberi élet elvesztésének kockázata, . R2 - Közszolgáltatás elvesztésének kockázata, . R3 - Kulturális örökség elvesztésének kockázata, . R4 - Gazdasági érték elvesztésének kockázata. A villámvédelem szükségessége és gazdasági célszerűsége A bevezetőben említett vezérfonál harmadik eleme az alkalmazást érinti. A szabvány úgy fogalmaz, hogy a védendő épület villámvédelmének szükségességét annak figyelembevételével kell értékelni, hogy csökkentsük az L1, L2 és L3 közösségi értékek (social values) elvesztésének esélyét. Ez a megközelítés magyarázatra aligha szorul, annál is inkább, mivel az MSZ 274-2-ben a "Rendeltetés szerinti besorolás" e szempontrendszert tartalmazza. Ez az értékelés azonban csak a villámvédelem kialakításának szükségszerűségére utal majd, figyelmen kívül hagyja a gazdaságosság kérdését. Az L4 kategória, azaz a gazdasági érték elvesztése az előbbieken túlmenően más megfontolásokat is lehetővé tesz: a villámvédelem tisztán gazdasági érdek is lehet, amennyiben kialakítása gazdaságos. A villámvédelem szükségességét, illetve gazdasági célszerűségét ezzel összhangban két különböző metódus alapján kell meghatározni. . A villámvédelem kialakítása abban az esetben szükséges, ha az R1, R2 és R3 kockázatok értéke nagyobb, mint a kategóriára megadott elfogadható kockázat (tolerable risk). Veszteség típusa RT (1/év) Emberi élet elvesztése, vagy tartós egészségkárosodás 10-5 Közszolgáltatás elvesztése 10-3 Kulturális örökség elvesztése 10-3 A kockázat meghatározásának módját a szabvány 2. lapja közli. . A villámvédelem kialakítása abban az esetben célszerű (gazdaságos), ha a villámvédelem kialakításának költsége (CPM), a villámvédelem megléte ellenére bekövetkező becsült veszteség (CRL), valamint a villámvédelem nélkül bekövetkező becsült veszteség (CL) az alábbi összefüggésben van: CPM+ CRL<CL. A vonatkozó számításokat ez esetre is a 2. lap közli. Védelmi intézkedések A védelmi intézkedések rövid felsorolása a gondolati vezérfonál utolsó elemét adja. A 7. pontban leírt és a 8.-ban kissé bővebben kifejtett védelmi intézkedések (protection measures) célja a D1, D2 és D3 kártípusok kockázatának csökkentése. Ebből eredően az alábbi elvi megoldások kínálkoznak. . Érintési- és lépésfeszültség által bekövetkező sérülések kockázatának csökkentésére: - érinthető vezetőképes részek megfelelő szigetelése, - potenciálkiegyenlítés, - fizikai korlátozások és figyelmeztető feliratok. . fizikai károsodások kockázatának csökkentésére: - villámhárító (Lightning protection system - LPS), illetve árnyékolás, (az előbbi épületek, az utóbbi szolgáltatások esetén), - belső rendszerek meghibásodása kockázatának csökkentésére, - elektromágneses villámimpulzus (LEMP) elleni védelem (épületek esetén), - túlfeszültség-levezetők (SPD-k) telepítése a vezetékek különböző pontjain és végein, - kábelek mágneses árnyékolása. A megoldási lehetőségek részletes kifejtése az MSZ EN 62305 többi lapján történik. A kínálkozó lehetőségek közül az egyes kártípusok kockázatának csökkentésére leginkább alkalmas védelmi intézkedések kiválasztását a szabvány a tervező és a tulajdonos közös feladataként határozza meg, mégpedig műszaki és gazdasági szempontok alapján. Összefoglalás A leírtak alapján az MSZ EN 62305 szabványsor első lapjának szerepe a következőkben foglalható össze. . Ismerteti a legfontosabb alapfogalmakat. . Olyan adatokat és szempontokat közöl mellékleteiben, amelyekre a szabványsor további lapjai ugyan nem feltétlenül hivatkoznak, de amelyek kapcsolatot teremtenek más villámvédelmi vonatkozású szabványokkal, illetve segítik a tervezést és kivitelezést. . Bevezeti a szabvány további lapjait, vezérfonalat ad a szabvány felépítésének, működésének megértéséhez. Cikksorozatunkat a szabvány második lapjának, a kockázatelemzésnek a bemutatásával folytatjuk.  

Ne számítsunk bonyolult összefüggésekre: a lényeg a tapasztalható jelenségek leírásának szintjén kerül tárgyalásra. A leírás egyfajta vezérfonal, amely segítséget nyújt a szabvány, különösen a Kockázatelemzés megértéséhez.

A villámok épületekre gyakorolt hatása
A vezérfonál első elemeként a villámcsapások épületekre gyakorolt hatását taglalja a szabvány. Ez számos paraméter függvénye, melyek között az épületjellemzőket is megtaláljuk:
. szerkezet (fa, tégla, beton, vasalt beton, acélszerkezet),
. funkció (lakóház, iroda, mezőgazdasági épület, színház, szálloda, iskola, kórház, múzeum, templom, börtön, üzlet, bank, üzem, gyár, sportcsarnok),
. benn tartózkodók és tartalom (személyek és állatok, éghető vagy nem éghető anyagok jelenléte, elektromos és elektronikus rendszerek alacsony vagy magas lökőfeszültség-állósággal),
. csatlakozó szolgáltatások (elektromos hálózat, telefonhálózat, csővezetékek),
. meglévő, illetve tervezett védelmi intézkedések (intézkedések a fizikai károsodás vagy életveszély csökkentésére, intézkedések a belső rendszerek meghibásodásának elkerülésére),
. a veszély nagysága és jellege (nehezen kiüríthető épületek, vagy olyan épületek, ahol pánikkal kell számolni, környezetüket veszélyeztető létesítmények.

Ezek a jellemzők a szabvány második lapjában kifejtve (számszerűsítve) jelennek majd meg, mint kockázatot befolyásoló tényezők.

A villám által okozott károk és veszteségek
A vezérfonál második eleme a villámcsapások, az ezek által okozott kár- és veszteségtípusok logikai összerendezése. A károk és veszteségek forrásai (source) olyan villámcsapások, amelyek lecsapási pontja a védendő épülethez viszonyítva négyféle lehet:
. S1 - Épületet érő közvetlen villám,
. S2 - Épület közelében lecsapó villám,
. S3 - Épülethez csatlakozó szolgáltatást érő villám,
. S4 - Épülethez csatlakozó szolgáltatás közelében lecsapó villám.
(Amint azt az előző cikk végén megjegyeztük, a épületek [építmények] és a szolgáltatások villámvédelmét a szabvány különválasztja. Itt azonban eltekintünk a különbségektől, és csupán az épületekre koncentrálunk. A szabvány bemutatásának szempontjából ez az egyszerűsítés megengedhető.)

A lecsapó villámok által okozott károkat (damage) három csoportba sorolja a szabvány, függetlenül a villámok és a védendő épület kölcsönös helyzetétől:
. D1 - Emberek és állatok érintési- és lépésfeszültség által bekövetkező sérülése,
. D2 - Fizikai károsodások (tűz, robbanás, mechanikai sérülés, vegyianyagok kiszabadulása) a villámáramok hatására,
. D3 - Belső rendszerek meghibásodása a villám által keltett elektromágneses impulzus hatására.

A károk közvetve és közvetlenül is veszteségekhez (loss) vezetnek, amelyeknek négy típusát különbözteti meg a szabvány:
. L1 - Emberi élet elvesztése,
. L2 - Közszolgáltatás elvesztése,
. L3 - Kulturális örökség elvesztése,
. L4 - Gazdasági érték elvesztése (épület és tartalma, szolgáltatás és tevékenység megszűnése).

Egy-egy villámcsapás persze nem vezet szükségszerűen a felsorolt veszteségek bármelyikéhez is. A károk és veszteségek bekövetkezése csak valamilyen valószínűséggel jellemezhető, amely függvénye a villámjelenségek statisztikus előfordulásának, fizikai paramétereinek. A valószínűséget a védendő épületek jellemzői is (méret, szerkezeti kialakítás, funkció stb.) befolyásolják. A veszteség forrása (pl. épület közelében lecsapó villám) és a veszteség (pl. emberi élet elvesztése) közötti kapcsolat, amely a veszteség kockázatát meghatározza majd, részleteiben tehát számos tényezőtől függ. Ezeket a tényezőket a szabvány második lapja, az MSZ EN 62305-2 a kockázatértékelés bemenő adataiként majd felsorolja, részletes tanulmányozásuk itt szükségtelen.

A mindennapi élet szempontjából a veszteség és a veszteség bekövetkezésének kockázata értelemszerűen együtt veendő figyelembe. Ennek megfelelően a szabvány bevezeti az előbb említett veszteségtípusokhoz kapcsolódó kockázatok (risk) alábbi típusait is:
. R1 - Emberi élet elvesztésének kockázata,
. R2 - Közszolgáltatás elvesztésének kockázata,
. R3 - Kulturális örökség elvesztésének kockázata,
. R4 - Gazdasági érték elvesztésének kockázata.

A villámvédelem szükségessége és gazdasági célszerűsége
A bevezetőben említett vezérfonál harmadik eleme az alkalmazást érinti. A szabvány úgy fogalmaz, hogy a védendő épület villámvédelmének szükségességét annak figyelembevételével kell értékelni, hogy csökkentsük az L1, L2 és L3 közösségi értékek (social values) elvesztésének esélyét. Ez a megközelítés magyarázatra aligha szorul, annál is inkább, mivel az MSZ 274-2-ben a "Rendeltetés szerinti besorolás" e szempontrendszert tartalmazza.

Ez az értékelés azonban csak a villámvédelem kialakításának szükségszerűségére utal majd, figyelmen kívül hagyja a gazdaságosság kérdését. Az L4 kategória, azaz a gazdasági érték elvesztése az előbbieken túlmenően más megfontolásokat is lehetővé tesz: a villámvédelem tisztán gazdasági érdek is lehet, amennyiben kialakítása gazdaságos. A villámvédelem szükségességét, illetve gazdasági célszerűségét ezzel összhangban két különböző metódus alapján kell meghatározni.

. A villámvédelem kialakítása abban az esetben szükséges, ha az R1, R2 és R3 kockázatok értéke nagyobb, mint a kategóriára megadott elfogadható kockázat (tolerable risk).

Veszteség típusa RT (1/év)

Emberi élet elvesztése, vagy tartós egészségkárosodás 10-5

Közszolgáltatás elvesztése 10-3

Kulturális örökség elvesztése 10-3

A kockázat meghatározásának módját a szabvány 2. lapja közli.
. A villámvédelem kialakítása abban az esetben célszerű (gazdaságos), ha a villámvédelem kialakításának költsége (CPM), a villámvédelem megléte ellenére bekövetkező becsült veszteség (CRL), valamint a villámvédelem nélkül bekövetkező becsült veszteség (CL) az alábbi összefüggésben van: CPM+ CRL<CL. A vonatkozó számításokat ez esetre is a 2. lap közli.

Védelmi intézkedések
A védelmi intézkedések rövid felsorolása a gondolati vezérfonál utolsó elemét adja. A 7. pontban leírt és a 8.-ban kissé bővebben kifejtett védelmi intézkedések (protection measures) célja a D1, D2 és D3 kártípusok kockázatának csökkentése.

Ebből eredően az alábbi elvi megoldások kínálkoznak.
. Érintési- és lépésfeszültség által bekövetkező sérülések kockázatának csökkentésére:
- érinthető vezetőképes részek megfelelő szigetelése,
- potenciálkiegyenlítés,
- fizikai korlátozások és figyelmeztető feliratok.

. fizikai károsodások kockázatának csökkentésére:
- villámhárító (Lightning protection system - LPS), illetve árnyékolás, (az előbbi épületek, az utóbbi szolgáltatások esetén),
- belső rendszerek meghibásodása kockázatának csökkentésére,
- elektromágneses villámimpulzus (LEMP) elleni védelem (épületek esetén),
- túlfeszültség-levezetők (SPD-k) telepítése a vezetékek különböző pontjain és végein,
- kábelek mágneses árnyékolása.

A megoldási lehetőségek részletes kifejtése az MSZ EN 62305 többi lapján történik. A kínálkozó lehetőségek közül az egyes kártípusok kockázatának csökkentésére leginkább alkalmas védelmi intézkedések kiválasztását a szabvány a tervező és a tulajdonos közös feladataként határozza meg, mégpedig műszaki és gazdasági szempontok alapján.

Összefoglalás
A leírtak alapján az MSZ EN 62305 szabványsor első lapjának szerepe a következőkben foglalható össze.

. Ismerteti a legfontosabb alapfogalmakat.
. Olyan adatokat és szempontokat közöl mellékleteiben, amelyekre a szabványsor további lapjai ugyan nem feltétlenül hivatkoznak, de amelyek kapcsolatot teremtenek más villámvédelmi vonatkozású szabványokkal, illetve segítik a tervezést és kivitelezést.
. Bevezeti a szabvány további lapjait, vezérfonalat ad a szabvány felépítésének, működésének megértéséhez.

Cikksorozatunkat a szabvány második lapjának, a kockázatelemzésnek a bemutatásával folytatjuk.