Csatlakozó-berendezések üzembiztonsága III.
Az üzembiztonság összefüggő kérdései
2007/6. lapszám | Ádám Zoltán | 3231 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
E cikk előző két részében szó esett a csatlakozó-berendezések elemeiről, valamint funkciójukból eredően az üzembiztonság kérdésének kiemelt szerepéről. A szabványok előírásai mentén megvalósítható egyes megoldások is fel lettek vázolva, a háttérben szintén az üzembiztonság szempontjaival, ahol az egyes szempontok több ponton összefüggenek egymással.
Mielőtt rátérnénk a fogyasztói berendezések túlfeszültség elleni védelmének meglehetősen szerteágazó szakmai témakörére, tekintsük át a problémák fennállása esetén bekövetkező hibák jellemző következményeit, valamint azokat a műszaki tényezőket, amelyek hiányában szakmai szempontból eleve reménytelen üzembiztonságról beszélni, akár létesül a fogyasztói hálózaton túlfeszültség elleni védelem, akár nem.
A csatlakozó-berendezésekben fellépő hibákra jellemzők az alábbiak.
A meghibásodás legalább egy, de akár több fogyasztó villamosenergia-szolgáltatásból való kiesését okozhatja, éppúgy, mintha a hiba a kisfeszültségű, közcélú hálózaton következett volna be.
A hiba behatárolásához és elhárításához az áramszolgáltató (hibaelhárítást végző szerelőinek) közreműködése szükséges, mivel pecsétzár alatt levő méretlen áramkörökről van szó, amikhez más nem férhet hozzá.
A hiba miatti villamosenergia-szolgáltatás kimaradása az egyéb villamos hibák elhárítási idejénél hosszabb idejű. Az áramszolgáltató érdeke, illetve szerelőinek joga csak arra terjed ki, hogy a hibás berendezésrész behatárolt legyen, és – mivel a berendezés nem áramszolgáltatói tulajdonú – le legyen választva a közcélú hálózatról. Amennyiben a fogyasztói hálózaton az első túláramvédelmi készülékként alkalmazott késes olvadóbiztosító betétek olvadtak ki, nyilván fővezetéki hiba következett be, és a helyreállításhoz villamos szakember közreműködését kell igénybe venni. Mindez azt jelenti, hogy – bár az áramszolgáltató hibáján kívüli okból – egészen addig szünetelni fog az áramszolgáltatás, míg a javítási munka befejezését követően a fogyasztói hálózat újból feszültség alá nem helyezhető.
A csatlakozó-berendezés szekrényében, tokozatában levő készülékek nagyfokú károsodása következhet be. Villamos ív hőhatásának károkozása, illetve a szigetelőanyagok égés- és bomlástermékeinek károsító hatása lehet jellemző. A fémrészeken különösen a PVC égésekor (hőbomlásakor) felszabaduló klór okoz agresszív korróziót, ez akár a teljes villamos aktív rész cseréjének igényét eredményezheti.
A hiba a közcélú, kisfeszültségű hálózaton is maradó hibát (úgynevezett csoportos kisfeszültségű hibát) okoz, amennyiben a villamos kötés melegedéséből vagy más okból keletkező zárlat átterjed a csatlakozási pontra (a csatlakozóvezeték, csatlakozókábel végpontjára).
A nulla (N, PEN) vezető/sín kötéshibája a fogyasztói hálózatra csatlakozó készülékeknél akár tömeges meghibásodással járó súlyos károkhoz is vezethet (nullalazulás, illetve -szakadás).
A felsorolt szempontok miatt minden lakóépület, vagy egyéb funkcióval rendelkező létesítmény esetében fokozott szakmai figyelmet követel meg a méretlen betáplálás és a méretlen fővezetéki elosztás szakmailag kifogástalan megvalósítása.
Egy erősáramú szempontból kifogástalan kialakítás eleve feltételezi, hogy a berendezés villamos szilárdsága az üzem során nem romlik le, a vezetők és a vezetőkötések üzembiztosan állják a rajtuk folyó üzemi és zárlati áramokat. Ennek érdekében és ennek megfelelően fogalmazhatók meg az alábbiak.
A vezetékek anyaga, keresztmetszete és szigetelése feleljen meg a vonatkozó szabványelőírásoknak, azaz,
a, a vezetékek 1 kV névleges feszültségre szigeteltek legyenek (MSZ 447:1998 szabvány 4.2.1. szakasz).
b, A fővezetéki szakaszok vezetékei az egyidejűséggel összegzett terhelőáramra legyenek méretezve (méretezés melegedésre). A több fogyasztásmérőt tápláló vezetékszakaszok legalább 10 mm2, egyéb esetben legalább 6 mm2 keresztmetszetű sodrott rézvezetők legyenek (MSZ 447:1998 szabvány 4.2.2. szakasz). Külön legyenek figyelembe véve az 1,0 egyidejűségi tényezővel üzemeltetett készülékek (hőtárolós készülékek, villanytűzhelyek, klímaberendezések stb.). Jogos előrelátás a vezetékkeresztmetszetben legalább 30% tartalékot képezni, ez még a későbbiek során, egy teljesítménynövelésnél jól jöhet.
c, A fővezetéki szakaszokon a legkedvezőtlenebb esetben fellépő feszültségesés sem haladhatja meg az 1%-ot (MSZ 447:1998 szabvány 2.2.2. szakasz).
d, Hőszigetelő vakolat alatt érdemes magasabb hőállóságú vagy kisebb veszteségű, tehát nagyobb keresztmetszetű vezetéket alkalmazni.
A berendezésekben ne legyenek alkalmazva öregedésre hajlamos szigetelőanyagok (gumi, papír, polisztirol stb.). Előnyben kell részesíteni a hőstabil, törésre, lágyulásra nem vagy csak kevéssé hajlamos, éghetetlen vagy önoltó tulajdonságú anyagokat. A szerelési anyagok kiválasztása az alkalmazás környezeti körülményei és az ennek megfelelő minőség alapján történjen.
A szigetelési légközök és más szigetelési távolságok legyenek bizonyosan megfelelők, és az üzem során ne csökkenhessenek. Sehol nem lehet a berendezésben – akár rugalmas – deformációt okozó, felesleges mechanikai feszültség, fémhez nyomódó, feszülő vezeték szigetelés stb. Az 5 mm távolságot elérő légközök elégségesek, de kisebb semmiképp nem javasolható.
Por vagy más szennyeződések lerakódása miatt, illetve más okból kifolyólag villamos kúszóutak sehol ne tudjanak kialakulni. Ez különösen közvetlenül fém alaplemezre felszerelt egyes készülékek kapcsainál lehet kritikus. Különösen veszélyesek a vízszintesen elhelyezkedő szakaszok, mert ott spontán módon nincs öntisztulás. Mindig figyelemmel kell lenni erre a szempontra a berendezések szükséges lökőfeszültség-állóságának fennmaradása érdekében (lásd később).
A villamos kötések átmeneti ellenállásuk és vezetőképes keresztmetszetük szempontjából maradjanak kifogástalan fémes kontaktusok. Mindkét szempont igen lényeges! Ehhez fémtiszta állapotú, szükség szerint kontaktpasztázott vezetékek, kábelerek, illetve kontaktus felületek tartoznak. Az alkalmazott vezetőanyagnak és vezetőszerkezetnek megfelelő bekötőkapcsok szükségesek, amelyek tartós kontaktusnyomást és megfelelően nagy érintkező felületet biztosítanak.
A villamos kötések mechanikai stabilitása élettartamra szóló legyen (megfelelő áramkötő elemek, szerelvények, saruk, kapcsok, amelyek a vezetőanyagnak és a keresztmetszetnek megfelelően vannak kiválasztva). Alumíniumvezetőt csak nyomólapos, lehetőleg recézett kontaktusfelülettel rendelkező és tartós rugóerő-nyomást biztosító kapocsba kössünk. Feltétlenül szükséges a sodrott rézvezetők érvéghüvelyezése. A vezetékbekötő kapcsokba kötendő sodrott rézvezetőket soha ne ónozzuk, mert a kötés fel fog lazulni! A forrasztóón nagy ellenállású vezetőanyag, és alacsony az olvadáspontja (akár 200 0C alatti), így nagy áramlökéseknél a forraszanyag egy pillanatra könnyen megolvadhat, és a kötés teljes mértékben elveszti mechanikai stabilitását! Minden vezetőt önálló kapocsba kössünk (MSZ 447:1998 szabvány 4.5.7.3. szakasz)!
Ahol megjelennek a túlfeszültségek
Az előbbi felsorolás meglehetősen alaposnak tűnik, ellenben csupán a hagyományos elektrotechnika alapján értelmezett „villanyszerelés” szempontrendszere. A felsoroltak feltétlenül szükségesek a csatlakozó-berendezések hosszú távon hibamentes üzeméhez, ám önmagukban nem elegendők. A felsorolt tényezők között ugyanis nem szerepel az a szempont, amelyik a felsoroltak mellett és azokkal együtt akkor is garantálja (de legalábbis jó eséllyel garantálhatja) az üzembiztonságot, amikor a berendezésen – főként a fogyasztói vezetékhálózat fővezetéki szakaszain – egy bekövetkező villámcsapás közvetlen vagy közvetett hatásaiból eredően rész-villámáramok fognak folyni, és túlfeszültségek fognak megjelenni.
Ez esetben természetesen limitált értékű túlfeszültségről kell beszélni, hiszen egyébként a berendezés mindenképpen meghibásodna. Az MSZ 2364-443:2002 Légköri vagy kapcsolási eredetű túlfeszültségek elleni védelem c. szabvány előírásai alapján meghatározott a fogyasztói berendezések, mint villamos szerkezetek impulzusállósága. Az előírt névleges lökőfeszültség-állósággal rendelkező szerkezetek természetes védelemmel rendelkeznek, tehát a várhatóan megjelenő túlfeszültség-igénybevételeket károsodás nélkül elviselik, így kiegészítő védelem nem szükséges. Erre vonatkozóan mérvadó az, hogy a fogyasztói berendezések föld alatti kisfeszültségű rendszerről – 0,4 kV-os földkábel-hálózatról – kapnak táplálást, illetve az, ha a zivataros napok száma évente nem haladja meg a 25 napot. Amennyiben viszont a fogyasztói hálózat közcélú, kisfeszültségű szabadvezeték-hálózatról kap táplálást, vagy az egy évre eső zivataros napok száma 25-nél nagyobb, úgy indokolt lehet a kiegészítő eszközökkel megvalósított (belső) túlfeszültség elleni védelem. A kiegészítő védelem behatárolja (koordinálja) a fogyasztói hálózaton előfordulható túlfeszültség-impulzusok csúcsértékét.
Az MSZ 2364-443:2002 szabvány 44B táblázata közli a szerkezetek előírt névleges lökőfeszültség-állóságát (túlfeszültségi osztályok). (Részleges adatközlés, csak az itt szükséges információk szempontjából! lásd: táblázat)
Megjegyzendő, hogy a villamos készülékek termékszabványai a készülékek lökőfeszültség-állóságát az I-es lökőfeszültség-állósági osztálynak feleltetik meg. A kiegészítő védelmet túlfeszültség-védelmi rendszerként szükséges megvalósítani, ami speciális szakmai ismereteket igényel. Kidobott pénz a védelmi rendszer beruházása, amennyiben az szakszerűtlen megvalósítású.
Nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy az elkészült fogyasztói berendezések állaga életkoruk előrehaladtával folyamatosan romlik (ami rendszeres karbantartással lassítható). A szennyeződések egyre fokozódó jelenléte a szigetelési szintet rontó tényező, amit súlyosbít a burkolatok által nyújtott IP-védettség fokozatos romlása.
Alapesetben a környezetben előforduló porral, rosszabb esetben rovarmaradványokkal és egyéb, végképp nem kívánatos szennyeződésekkel is számolni kell. A csatlakozó főelosztókban, házi csatlakozószekrényekben, mint villamos berendezésekben üzem alatt általában keletkezik annyi veszteséghő, hogy szekrényeik, tokozataik „kifűtsék” magukat, ami alatt azt kell érteni, hogy ott kondenzáció miatt lecsapódó pára, nedvesség általában nem marad meg, viszont a burkolatok IP-védettségének romlása miatt esetenként pontosan ezért nő meg a párakoncentráció. Utóbbi a szilárd szennyeződésekkel együtt átmenetileg akár számottevő szigetelésromlást is eredményezhet, aminek a vége rossz esetben egy kúszóút kialakulása lehet. Az ilyen módon leromló szigetelések túlfeszültség-behatások felléptekor bizonyosan nem lesznek megfelelők, és átütés, zárlat fog bekövetkezni.
A villám épületeken belüli hatásai
A villám közvetlen hatásainak azok a szerkezetek vannak kitéve, amelyeket közvetlenül vagy visszacsapásból származóan (közvetve) villámcsapás érhet. Közvetlen villámcsapás elsődlegesen szabadtéren fordulhat elő.
A villám másodlagos hatásai az ember épített környezetébe, lakóterébe, munkahelyére is behatolnak. Ezek a hatások tranziens (hirtelen fellépő, gyorsan lezajló, átmeneti) jellegűek, innen származik a „tranziens túlfeszültség” kifejezés. A villám másodlagos hatásai elleni védekezés szabatos neve: elektromágneses villámimpulzus elleni védelem. A téma szabatos tárgyalása a vonatkozó MSZ IEC 1312 1:1997 szabványban található. Ugyanitt van lefektetve a villámvédelmi zónák meghatározása. Eszerint a védendő teret villámvédelmi zónákra (Lightning Protection Zone, rövidítve LPZ) kell osztani, ezekben meg kell határozni az elektromágneses villámimpulzus különböző hatásainak kitett térrészeket, és a zónahatárokon ki kell jelölni az összecsatolási pontokat. Ezeken az összecsatolási pontokon kell beépíteni a túlfeszültség-korlátozó eszközöket.
A szakemberek már többször és több helyen találkozhattak a fogyasztói túlfeszültség elleni védelem megoldásainak taglalásával, ezért akár úgy gondolhatnánk, hogy a szakmailag korrekt kialakításokhoz szükséges ismeretek és információk mindenki részére rendelkezésre állnak, kint vannak a gyakorlatban. Gondolhatjuk, de a túl sokszor látott helytelen és/vagy hiányos megvalósítások nem ezt igazolják. Érdemes hát egy kicsit foglalkozni a témával, különösen, hogy a kérdés üzembiztonsági vonzatait is firtatjuk. Ezzel a témával – az erősáramú fogyasztói hálózat és az arról ellátott villamos készülékek túlfeszültségek elleni védelmével – azonban csak megfelelő felkészültséget követően szabad foglalkozni, mert a villámcsapás közvetett és közvetlen hatásai elleni védekezés céljából tett műszaki intézkedések csak akkor „hozzák” az elvárt eredményt, ha szakmailag valóban kifogástalan a kialakítás. Amennyiben viszont nem lenne az, akkor előfordulhat, hogy a belső túlfeszültség elleni védelem alkalmazása, tehát a védelmi eszközök beépítése a helytelen működés következtében több kárt fog okozni, mint hasznot.
Az itt tárgyaltak terjedelmi okokból csupán az épület/létesítmény erősáramú hálózatra, és ezen belül is csak a durva- és a középvédelem fokozatainak korrekt beépítésére térhetnek ki, de e tekintetben megfelelnek a szabvány előírásainak.
Az elektromágneses villámimpulzus fogalma alá tartozik, hogy a villámcsapás környezetre gyakorolt hatásai komplexek. A hatás nem korlátozódik csupán a villámáram útjára, távolabb is hatást fejt ki, ebből eredően kárt okozhat.
A hatások módozatai a villámimpulzus csatolási módjai, ami ennek megfelelően vezetési, induktív és kapacitív lehet:
Vezetés útján csatolódik be a túlfeszültség (pl. az erősáramú berendezésbe), ha a villám árama (pontosabban annak valamilyen módon megosztott része), levezetési útként rákerül a fogyasztói vezetékhálózatra. A csatolás ily módon történő létrejöttéhez figyelembe kell venni, hogy a villámáram által átjárt szerkezeteken akár olyan nagy feszültségesések is létrejöhetnek, ami más, párhuzamos árampályákon is részleges levezetést eredményezhet.
Induktív csatolásról beszélünk, amikor magán a villámáram-csatornán vagy valamely szerkezeten (pl. épületfali levezetőn) keresztül folyó nagy változási meredekségű villámáram mágneses tere valamilyen vezetőképes hurokban feszültséget, áramot indukál. Ha a vezetőképes hurok nyitott, akkor a nyitott végek között a nagy indukált feszültség miatt átívelés történik. Tekintettel az indukálódó feszültség akár sok tízezer voltos nagyságára, egyáltalán nem szükséges, hogy a hurok ugyanannak a vezetékrendszernek a vezetőiből álljon. Ha a hurok zárt, akkor abban áram indukálódik, ami a körülményektől, többek között a hurok impedanciájától függően több kiloamper nagyságú is lehet.
Kapacitív a csatolás, ha a környezetben a villámcsapás bekövetkeztekor pillanatszerűen megváltozó villamos erőtér változása okoz túlfeszültséget. A villámcsapás előtti állapotban a környezetben levő vezetőképes (és villamos térnek kitett) szerkezetekben az elektronok, mint töltéshordozók a villamos tér hatásának megfelelően rendeződtek el (ez a töltésmegosztás jelensége), a villámcsapással hirtelen megváltozó villamos tér azonban más töltéshordozó-eloszlást követel meg, ami hirtelen töltésáramlást, tehát impulzus-áramot eredményez. Ez a hatás elsősorban a szabadtéri elhelyezésű szerkezeteken figyelhető meg, mivel az épületszerkezetek anyagai részben vezetőképesek, így a belső terekben számottevően csökkentik a hatást. Az épületbe kívülről érkező, szabadvezetéki kapcsolattal rendelkező vezetékrendszereken viszont megjelenik az e hatásból eredő túlfeszültség- impulzus.
Említést érdemelnek még a következők.
Az induktív és kapacitív csatolások akkor is felléphetnek (és kárt is okozhatnak), amikor a villámkisülés felhők között következik be.
A tapasztalatok azt mutatják, hogy egy villám lakott területen lecsapva akár 1,5 km sugarú körben is képes károkat okozni.
A komplex hatás fogalma alatt az is értendő, hogy a zavart, kárt okozó csatolások a mindenkori körülményeknek megfelelően összegződve, gyakorlatilag kiszámíthatatlanul jelentkeznek (áramirány, polaritás, túlfeszültségek nagysága stb.).
Amennyiben a fogyasztói berendezések túlfeszültség elleni védelme az előírásoknak megfelelő kialakítású, a védelmi eszközök is megfelelő minőségűek és paraméterűek, úgy jó esély van arra, hogy a védett készülékek nem fognak meghibásodni, és a villamosenergia-szolgáltatás folyamatos marad (a behatás legfeljebb múló zavart okoz).
Kis kitérővel rá kell világítani a fogyasztói berendezések, a villamos készülékek túlfeszültség elleni védelmének hátterére. Látjuk, hogy korunkban a műszaki fejlődés egyre gyorsul, igényeket elégít ki, és hamarosan újabb igényeket támaszt, amelyeket majd kielégít. A fogyasztói társadalmat jól jellemzi a „vedd meg, használd, dobd el (és vegyél másikat)” folyamat körforgása. A kereskedelemben kapható villamos készülékek termékszabványai már rég tudomásul vették, hogy a készülékek használati ideje véges, és hogy az élettartam-tervezés a gazdaságos gyártási eljárások velejárója. Mindennek eredményeként a villamos készülékek tömegcikkszerű sorozatgyárthatósággal, egyre kevesebb, de annál nagyobb fokon kihasznált anyagból készülnek. Ne gondoljuk hát, hogy az ilyen módon tervezett/előállított villamos készülékek erősáramú szerkezeti részei (alapesetben transzformátorai, tápegységei) nem igényelnek túlfeszültség elleni védelmet olyan környezetben, ahol ilyen veszélyeztetés áll fenn. Összességében arra számíthatunk, hogy a készülékek új állapotukban kielégítik a rájuk vonatkozó termékszabványok előírásait. Egy korosabb készülék esetében természetesen csak kisebb túlfeszültségtűrő képességet remélhetünk. Ezt jól példázza, hogy a készülékek nagy része az utolsó bekapcsolással „hal meg”, pontosan azért, mert minden bekapcsolás egy impulzusszerű igénybevétel.
Kissé bonyolítja a helyzetet, hogy sok (elsősorban elektronikus) készülékbe az erősáramú feszültség-bemenet két sarka (L-N) közé túlfeszültség-korlátozás céljából egy tárcsavarisztort építenek be, ami egészen addig véd, amíg védeni tud, azaz túl nem terhelődik. Mivel egy ilyen eszköz csak viszonylag kis energiaelnyelő képességgel rendelkezik, könnyen tönkremehet, ha akkora túlfeszültség-impulzus éri, ami túlterheli, károsítja. Ekkor az eszköz zárlatba kerül (az üzemi feszültség gyakorlatilag állandóan ott van a kapcsain), és zárlat miatt keletkező korom és más égéstermékek, valamint az elgőzölgő fém sokszor nagy kárt okoz a készülék belsejében. A túlfeszültség elleni védelmi eszközök ilyen alkalmazása koordinálatlanul megvalósított védelem, de be kell látni, hogy az egyre nagyobb mértékben elektronizált készülékek nem maradhatnak teljesen védtelenül.
(Folytatása következik!)
Mikor szükséges a túlfeszültség elleni védelem?
Ideje feltenni a kérdést, hogy a fogyasztói hálózatokon mikor válik szükségessé a túlfeszültségek elleni védekezés.
A védekezés szükségessége – részben a már tárgyalt szempontok alapján – a következő szempontokhoz kötődik.
Amennyiben az adott épület külső villámvédelmi rendszerrel rendelkezik, úgy 2001. óta kötelező jelleggel eleget kell tenni a belső villámvédelem követelményeinek (MSZ 274-3:1981+2M:2001 szabvány). Az épület villámvédelmi felfogó-rendszerét érő villámcsapás esetén ugyanis az épületen belül káros és veszélyes potenciálkülönbségek alakulhatnak ki. A műszaki intézkedések a védett téren belül fellépő, nem kívánt potenciálkülönbségek létrejöttének megakadályozására irányulnak. Mivel az elektromágneses villámimpulzus által előidézett másodlagos hatások ellen elszigetelés útján érdemben nem lehet védekezni, így potenciál-kiegyenlítést kell alkalmazni. Ez a következő két módon valósítható meg.
a, A potenciáljukban azonos (villamos úton összeköthető) szerkezeteket egyenpotenciálra hozás céljából össze kell kötni egymással és az épület földelőrendszerével. Ez gyakorlatilag azonos, illetve egyenértékű a fő egyenpotenciálú összekötések megvalósításával (MSZ 2364 410:1999+1M:2004 413.1.2. szakasz és MSZ IEC 1312 1:1997 3.4.1. szakasz).
b, A potenciáljukban eltérő pontok közé potenciálkülönbséget behatároló (túlfeszültség-korlátozó) eszközöket kell beépíteni. A rendszerszintű megvalósításhoz szükséges eszközöket a villámvédelmi zónahatárokon a kijelölt összecsatolási pontokon kell beépíteni (MSZ IEC 1312 1:1997 3.4.1. szakasz).
A fogyasztói hálózat üzemeltetési körülményei kockázatelemzés alapján szükségessé tehetik kiegészítő (túlfeszültségvédelmi) intézkedések megtételét. Növeli a kockázatot, ha a zivataros napok száma évente 25-nél nagyobb, ha a csatlakozás szabadvezeték-hálózatról történik, de az is, ha például olyan magaslati pont, épület van a közelben, amit gyakran ér villámcsapás (GSM torony, templom-, illetve víztorony stb.).
A védett térben üzemeltetni kívánt villamos készülékek vagyoni, illetve használati értéke miatt a villamos munka megrendelője kéri a másodlagos villámvédelem és a belső túlfeszültség elleni védelem kialakítását. Ez együtt járhat a külső villámvédelem felfogó- és levezető rendszerének kiépítésével is, ezáltal kivédhető, hogy egy esetleg épületet érő villámcsapás fokozott károkat okozva vezetés útján is becsatoljon. Ha fogyasztói berendezés kezelője, tulajdonosa a túlfeszültség elleni védelem igényével jelentkezik, úgy az első pont alatt említett intézkedések szükségesek.
Érdemes még szem előtt tartani, hogy a túlfeszültségek fogyasztói vezetékhálózatokon, berendezésekben való megjelenése nem köthető kizárólagosan a légköri kisülésekhez. Az ugyanakkor nem vitás, hogy túlfeszültségek szempontból leginkább a környezetet, illetve magát az épületet érő villámcsapások veszélyeztetnek. Így a szükséges védelmi intézkedéseket is ennek megfelelően kell meghatározni, méretezni. Az így kialakított védelem az erősáramú hálózat belső túlfeszültségei ellen is megfelelően véd.
A védekezés ugyanakkor sajnos sosem lehet tökéletes, mivel ennek megcélzása túlzott anyagi befektetéssel járna. Ily módon a villám károkozó hatásai elleni védekezés a befektetéssel arányosnak tekinthető kárkockázat-csökkentés (megfelelő kialakításban az is, tehát korántsem kidobott pénz). A mai előírások 200 kA csúcsértékű villámáramot feltételeznek. Természetesen vannak nagyobb villámok is, észleltek már 600 kA-t meghaladó csúcsáramú villámot is, de az ilyenek nagyon ritkák.
Az eddigiek alapján összefoglalásképpen megállapítható, hogy különleges vagy a szokásostól eltérő igények fennállását nélkülöző esetekben egyértelmű és jól követhető szakmai szabályok, következetes elvek mentén, de viszonylag egyszerű módon megvalósítható egy épület/létesítmény erősáramú hálózatának a túlfeszültség elleni védelme.
A fogyasztói berendezések túlfeszültség elleni védelmének kiépítése
Az erősáramú fogyasztói hálózaton kiépítendő védelem alapesetben három lépcsőből áll.
„B” fokozat, durvavédelmi eszköz
A túlfeszültség elleni védelem durva fokozatú készülékének elhelyezését az LPZ0/LPZ1 villámvédelmi zónahatáron (MSZ IEC 1312 1:1997 3.4.1. szakasz) kell megvalósítani. A durvavédelem készülékeit legcélszerűbb a méretlen betápláláshoz rendelten, időjárásálló műanyag szekrényben, tokozatban elhelyezni (MSZ 447:1998+1M:2002 2.6.1. szakasz).
A kisfeszültségű hálózatot, a környezetet vagy az épületet érő villámcsapás esetén a durvavédelmi készülékek azon a ponton tudják leghatékonyabban elvégezni a potenciálkiegyenlítést az erősáramú hálózat és a földelőrendszer között – megakadályozva a nagy energiájú túlfeszültség behatolását a fogyasztói hálózaton keresztül a védett térbe -, ahol a csatlakozóvezeték (csatlakozókábel) az épületet eléri. Ez a pont megfelelő szakmai körültekintés mellett azonos a csatlakozó főelosztó létesítési helyével. A durvavédelem eszközei nagy áramlevezető képességű, szikraköz elven működő készülékek. Villamos csatlakoztatásukat az első túláramvédelmi készülék utáni pontról kell megvalósítani (MSZ 447:1998 2.6.2. szakasz). A készülékek fázisonként, az egyes fázisok és az épület földelőrendszerét képviselő fő földelősín (MSZ 2364-540:1995 542.4.1.) közé csatlakoztatandók. Az első túláramvédelmi készülék utáni pontról csatlakoztatott vezetékezés hossza a földelősínre csatlakozó vezetővel együtt nem haladhatja meg az 1 métert (MSZ 447:1998 2.6.2. szakasz). A méretlen betáplálásba csak olyan durvavédelmi eszköz beépítése megengedett, amelynek alkalmazásához az áramszolgáltató hozzájárult (MSZ 447:1998+1M:2002 2.6.6. szakasz). Az alkalmazás feltétele a középvédelmi készülék előírásszerű beépítése. A feszültség oldali vezetékezés legalább 10 mm2, a földelt oldali vezetékezés pedig legalább 16 mm2 keresztmetszetű, réz anyagú legyen. Az első túláramvédelmi készülék (biztosítóaljzatban elhelyezett késes olvadóbiztosító betétek) névleges áramértéke nem lehet kisebb 63 A nél (MSZ 447:1998 2.6.4. szakasz), és csak lomha (gL/gG) kiolvadási karakterisztikájú betétek alkalmazhatók.
„C” fokozat, középvédelmi eszköz(ök)
A középvédelem készüléke varisztor (feszültségfüggő ellenállás) jellegű, viszonylag nagy áramlevezető-képességű védelmi eszköz. Alkalmazása azért szükséges, hogy – általában a fogyasztásmérő utáni első villamos elosztási ponton, de előírás szerint legalább 4
6 méter, vezeték nyomvonalon mért távolságban – csillapítsa az erősáramú hálózat felől érkező túlfeszültségeket a durvavédelmi készülék kis energiájú begyújtásának (tehát felesleges működésének) elkerülésére, másrészt energetikailag koordinál a durvavédelem és a finomvédelem készülékei között. Ha a mért fővezeték-szakasz nagyobb kiterjedésű, illetve, ha több fogyasztói főelosztó van, akkor a középvédelmi készülék alkalmazásának ismétlése lehet szükséges.
„D” fokozat, finomvédelmi eszköz(ök)
A védett készülékek finomvédelem alkalmazását is igénylik. Ezek az eszközök a „C” fokozat készülékeihez hasonlóan varisztor elvűek, de kisebb (általában 900 V) megszólalási feszültséggel és kisebb energiaelnyelő képességgel. A finomvédelmet közvetlenül a védett készülékek erősáramú bemeneti kapcsainál kell alkalmazni (dugalj, asztali elosztó). A két különböző vezetékes hálózathoz egyidejűleg kapcsolódó készülékek esetében összecsatolást biztosító védelmi eszköz alkalmazása szükséges (az erősáramú hálózat és egy más vezetékes hálózat között, úgymint számítógépes adathálózat, kábeltévé stb.).
Túlfeszültség-behatás felléptekor az előzőek szerint felépülő védelmi rendszer „hátulról előre” működik, az eszközök vezetőképessé válva levezetési áramukkal akadályozzák meg a meg nem engedhető értékű potenciálkülönbségek létrejöttét. Először a finomvédelmi eszközök lépnek működésbe, majd a középvédelem, és végül – ha szükséges – a durvavédelem is.
Az egyes eszközök levezetési áramai kiloamper nagyságrendbe eső áramimpulzusok. Ezek az áramok az üzemáramok által is igénybe vett kontaktusokon és villamos kötéspontokon folynak át. A levezetési áramok az adott áramkör jellemző zárlati áramait jelentősen meghaladhatják, így nagyon igénybe veszik a villamos kötéspontokat.
- A nagy áramsűrűség miatt a maradéktalanul nem megfelelő kontaktusok elfröccsennek, elégnek.
- A nagy impulzusáram számottevő dinamikus hatást kelt a vezetékezésekben. Mindig törekedni kell az egyszerű, felesleges, éles iránytörésektől mentes vezetékezésé.
