Villanyszerelők Lapja

Szabványok

Villamos szakmai rendszerszemlélet IX. - Épületek és hasonló létesítmények egyéb vezetékes rendszerei

2010. március 1. | Ádám Zoltán |  8510 | |

Az alábbi tartalom archív, 10 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A Villamos szakmai rendszerszemlélet címmel indított cikksorozat utolsó témaköreként az épületek „egyéb” vezetékes rendszereit tárgyaljuk. Az erősáramú vezetékhálózat, mint vezetékes rendszer egy épület belső infrastruktúrájának részeként alapértelme...

A Villamos szakmai rendszerszemlélet címmel indított cikksorozat utolsó témaköreként az épületek „egyéb” vezetékes rendszereit tárgyaljuk. Az erősáramú vezetékhálózat, mint vezetékes rendszer egy épület belső infrastruktúrájának részeként alapértelmezetten jelen van. Az egyéb – épületen vagy más létesítményen belül megjelenő – vezetékrendszereket nevezzük összefoglalóan egyéb vezetékes rendszereknek.

Ezek a szigetelt vezetékes kialakítású vezetékrendszerek általában (de nem feltétlenül) gyengeáramúak, többségükben adatátviteli, jelátviteli célúak. E vezetékhálózatok között egyaránt lehet telefonhálózat, IT-hálózat (pl. LAN), riasztóberendezés, tűzjelző berendezés, belső biztonsági megfigyelő rendszer, vagy az épület gépészeti technológiájához tartozó jelző, mérő, működtető rendszerek vezetékei, de busz-rendszer is. Az optikai adatátvitel vezetékei fémmentesek, rajtuk nem folyhat áram, így villamos szempontból ezeket nem kell figyelembe venni.

Ennek oka mindössze az, hogy egy lakó- vagy irodaépület erős- és gyengeáramú villamos vezetékes rendszerei, valamint a velük együtt az épület belső terében – villamos szempontból azonos térben – elhelyezkedő, nem villamos, de vezetőképes rendszerek (így a házi fémhálózatok) szakmai szempontból viszonylag jól megfogalmazottak, könnyen elképzelhetők és tárgyalhatók. Egy adott létesítmény egy épületnél természetesen összetettebb és/vagy kiterjedtebb is lehet. Ez a villamos rendszerszemlélet alkalmazásának kiterjesztését igényli, de a műszaki megközelítés és a problémakezelés elvei ugyanazok.

Általános szempontok

Minden kiépített vezetékes rendszer valamilyen meghatározott funkcióval bír. Ez igaz a villamos működésű (erősáramú, gyengeáramú) rendszerekre is. Mint ahogyan az erősáramú fogyasztói/felhasználói vezetékhálózat az adott létesítmény belső villamosenergia-ellátását biztosítja, úgy minden egyéb vezetékes rendszer – önállóan, illetve szükség szerint egy másik vezetékes rendszer meglétére és funkciójára támaszkodva – egy-egy jól meghatározott feladat ellátása érdekében létesül, és ennek megfelelően konkrét feladatot lát el. Egy épület több, különböző célból létesített vezetékhálózattal is rendelkezhet, akár azonos vagy egymást átfedő funkciókkal. Egy épületben úgy erősáramú, mint gyengeáramú vezetékrendszerekből annyi jelenik meg, amennyi a felhasználói igényeknek, épületfunkcióknak, az ott szükséges létesítményi technológiának megfelelően szükséges.

Mivel mind áramban, mind névleges feszültség értékben, továbbá a várhatóan előforduló túlfeszültségek és rész-villámáramok feszültség- és áramértékeire vonatkozóan is az erősáramú rendszerek az inkább veszélyeztetők a gyengeáramú (jelzés, mérés, vezérlés és jelátvitel célú) vezetékrendszerek számára és irányában, így ezt alapvetően figyelembe kell venni. Ugyanakkor az épület vezetékes rendszereinek működőképességével szemben egyre fokozódó elvárás a zavartalan és zavarmentes működés, a funkciók megtartása akkor is, ha az épületen belül vagy kívül műszaki szempontból feltételezhető módon villamos zavar következik be. Az épületet vagy környezetét érő közvetlen villámcsapáson kívüli külső, számottevő zavarforrásokat és villamos szempontból károkozást jelentő veszélyeztető tényezőket fel kell mérni és hatásukkal számolni kell.

A számítógépes hálózati adatátvitel ma döntően vezetékes úton történik. Sokszor mérgelődünk, hogy lassú a hálózat. Lassú, ha túlterhelt, de akkor is, ha zavaroknak van kitéve, a hibamentes átvitel érdekében ugyanis a digitális adatcsomagokat addig kell ismétlődő próbálkozásként újra és újra elküldeni, míg az sikeres nem lesz. Ha belegondolunk, a lassú adatátvitel lassítja munkánkat, többlet időt és energiafelhasználást okoz, tehát kár.

Ahogy civilizált, urbanizálódó életünk egyre több célra használja a villamos energiát, az elektronikai és az informatikai eszközöket, úgy kerül egyre inkább függésbe tőle és lesz egyre kiszolgáltatottabb, mikor probléma támad. Ezek pedig villamos természetű problémák. A komfortcsökkenés túl enyhe kifejezés az áramszünetre, vagy például a számítógépben fellépő hardverhibára, egy esetleg bekövetkező adatvesztésről nem is beszélve. A villamos vezérlési, felügyeleti stb. rendszerek zavarállapotai hibás, téves riasztást, téves működéseket, blokkolt (reset) állapotokat, az épület működtető rendszereinek funkcionális zavarait fogják eredményezni, amelyek következtében akár igen súlyos károkkal, illetve következményekkel kell számolni. Az ilyen következmények anyagi vonzatai néha igen súlyosak (szemben az esetleg csupán pár ezer forintos védelmi eszközök beszerzési költségeivel), ám az erkölcsi károk akár felbecsülhetetlenek is lehetnek. Nem haszontalan dolog megtörtént esetekből levonni a megfelelő tanulságokat és előbbiek miatt alapos megfontolás tárgyává tenni az épületek, vagy más létesítmények erős- és gyengeáramú vezetékes hálózatainak tényleges üzembiztonságával és folyamatos rendelkezésre állásával szemben támasztott igényeket. Mindezekkel kapcsolatban nem szabad feltételezésekből kiindulni. Nem szabad azt feltételezni, hogy nem fordul elő kár, mert az épület vezetékes rendszerét nem éri zavar. A problémák megelőzése tervezett és a létesítés során összehangoltan kivitelezett műszaki intézkedéseket igényel.

Összefüggések és kölcsönhatások
Egy épületben, annak belső terében a különböző vezetékes rendszerek kikerülhetetlen módon villamos kapcsolatba kerülnek egymással. A villamos szempontból egy térben üzemelés fogalma alá az alábbi villamos szempontok tartoznak és mindez a következő vonzatokkal jár.

■ a.
A különböző vezetékes rendszerek kiterjedésükben egymást (valamint a házi fémhálózat elemeit) általában többszörösen átfedik, megközelítik, éppúgy előfordulnak párhuzamos nyomvonalaik, mint keresztezéseik.

A különböző vezetékes rendszerek tervezése, létesítése során a nyomvonalak kiválasztásánál lényeges szempontként kell figyelembe venni, hogy a párhuzamosan haladó vezetékrendszerek közül melyeken folyhat rész-villámáram, vagy túlfeszültség-korlátozó készülék föld felé haladó levezetési árama. Az épületek méretlen és mért fővezetékein mindig számolni kell rész-villámáramok megjelenésével, mégpedig az épület erősáramú betáplálásának irányába haladva egyre nagyobb valószínűséggel és növekvő értékkel. További szempontként kell figyelembe venni, hogy a párhuzamos nyomvonalú vezetékek között van-e olyan, amelynek árama zavarjelet (áramimpulzusokat, felharmonikus áramösszetevőket, vagy más, zavar kisugárzására alkalmas áramjelet) továbbít. E téren az EMC feltételeinek teljesülése érdekében szükséges megfontolások és teendők azonosak a villám másodlagos hatásai elleni védekezéssel.

Alapvetően abból kell kiindulni, hogy sokkal könnyebb a villám másodlagos hatásai miatti becsatolást, a nem kívánt csatolást, áthatást, zavarjel bejutást megelőzni, semmint megszüntetni vagy védekezni ellene. Az egymással párhuzamosan haladó vezetékek ugyanis induktív csatolásban vannak egymással. 50 Hz frekvencián elenyésző a párhuzamosan haladó vezetékek között létrejövő csatolás mértéke, a frekvencia növekedésével azonban ez egyre kevésbé igaz. A szikrázás és a szikrázás jellegű ívkisülések, a hegesztés, a kondenzátorok bekapcsolása a hálózati feszültség csúcsértékénél, a meredek árammegszakítás és még sok egyéb áramjelenség igen gyors áramváltozással jár. A mai korszerű erősáramú teljesítmény-elektronikai eszközök is komoly zavarkeltők lehetnek, mivel a szükséges szabályozások (áram, teljesítmény) gyors igen kapcsolási műveletekkel történnek.

Ezekhez az eszközökhöz mindenképpen alkalmazni kell a hozzá tartozó hálózati zavarszűrő egységet. A meredek fel- és lefutású áramjelenségek nagyfrekvenciás (akár több megahertzes) zavarokat keltenek. Ekkora frekvencián már jelentős zavarjel-kisugárzás történik egy árammal átjárt vezető környezetében, ezért a zavarjel egy túl közeli és ezért nem megfelelő elhelyezésű másik vezetékbe be tud csatolni. Azt is figyelembe kell venni, hogy az induktív csatolás fellépte ellen a jelátviteli vezetékek szokásos árnyékolása (korábban réz harisnya, újabban alumínium fóliából tekercselt árnyékolás) nem nyújt védelmet. Mindezek alapján nem javasolt az erősáramú vezetékek nyomvonalaival azonos nyomvonalon vezetni a gyengeáramú, jelátviteli rendszerek vezetékeit, különösen az erősáramú vezetékek fővezetéki nyomvonalain. Ezzel rögtön felvetődik egy másik kérdés, a vezetékes rendszerekből létrejövő hurkok kérdése, amelyek kialakulását lehetőleg el kell kerülni (lásd a c. pont alatt).

■ b. A különböző vezetékes rendszerek végpontjai sok esetben azonos készülékekre és berendezésekre csatlakoznak. Ugyanez igaz az épületen belül kialakuló (épületen kívüli vezetőképes kapcsolattal nem rendelkező) gyengeáramú rendszerek indítási pontjain levő készülékekre (szerver, telefonközpont, riasztóberendezés központi egysége, diszpécser helyiség eszközei, épülettechnológiai központ, biztonsági kamerák központi egysége /PC, adatrögzítő berendezés/ stb.).

A jelátviteli vezetékek jelentős része olyan készülékekre és berendezésekre csatlakozik, amely erősáramú ellátást is igényel, így a két vezetékrendszer végpontjai egyébként is védendő készülékeken találkoznak (a fázis- és a nullavezető nem, de a PE-vezető igen, amennyiben a készülék 1. érintésvédelmi osztályú, azaz védővezetővel kell ellátni). Ha az épületen belül nincs PEN-vezető (márpedig nem lehet), akkor nem fordulhat elő az, hogy az N-vezető üzemáramának egy része kóboráramként folyik az épület egyenpotenciálú összekötésein és a házi fémhálózatnak minősülő szerkezeteken (épületszerkezet fém elemei, az épületgépészet fém anyagú csövei, illetve az erősáramú vezetékrendszereken kívüli vezetékek árnyékoló vezetői). Azzal számolni kell, hogy manapság egyre több erősáramú táplálású készülékbe vannak beépítve zavarszűrés céljából kis értékű kondenzátorok a fázis és a PE-kapocs, valamint a nulla és a PE-kapocs közé. E kondenzátorok jelenléte miatt kis értékű kapacitív áram folyik a PE-vezetőn az épület fő földelősínjéig.

Ez az áram általában egy készülék esetében nem kritikus és semmiféle problémát nem okoz. Egy egész épületre vonatkozóan azonban ezek az áramok kedvezőtlen módon összegződhetnek, és bizonyos intézkedéseket  tehetnek szükségessé. Mindezeken túl az összes villamos készülék és berendezés esetében gondoskodni kell az oda érkező, vagy onnan induló vezetékes rendszerek közötti összecsatolás korrekt megvalósításáról. Ezeket az összecsatolásokat meg kell vizsgálni a kialakítani szükséges, vagy kialakítani kívánt villámvédelmi zónák kijelölésének és kialakításának szemszögből is. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a zóna határát átlépő minden vezetőképes rendszer villamos jellemzőit a zónahatáron a zónabesorolásnak megfelelő értékre kell csökkenteni. Ennek részeként szükséges, vagy szükséges lehet az épület adott terében az egyenpotenciálú összekötések megismétlése is.

c. Az a. és b. okok következtében túlfeszültség-behatások szempontjából kritikusak a vezetékes rendszerek megfelelő vezetőszakaszaiból és/vagy a házi fémhálózatok és valamely vezetékes rendszer egy szakaszából képződő hurkok. E hurkokban veszélyesen nagy túlfeszültségek indukálódhatnak, ami önmagában is komoly oka lehet a túlfeszültségek keletkezésének és károkozásának.

A kis keresztmetszetű vezetőkből álló vezetőképes hurkok kialakulását lehetőség szerint el kell kerülni. A jelátviteli célú vezetékrendszerek kis keresztmetszetű vezetők. Amennyiben ez nem lehetséges, úgy megfelelő szakmai megfontolások alapján a villám másodlagos hatásainak fellépte ellen szükséges védekezni. Ehhez számos szakmai szempont és javaslat jelent meg e cikksorozat belső túlfeszültség elleni védelemről szóló részében. Emlékeztetőül: figyelembe kell venni, hogy a vezetőképes hurkokban a villám induktív csatolás útján bevitt energiája a hurokban a villámáram időbeli lefolyásának megfelelő feszültséget, vagy áramot indukál (nyitott hurokban túlfeszültséget, zárt hurokban rövid idejű túláramként jelentkező áramimpulzust). Megfelelően hatékony passzív védelem megléte nélkül mindenképpen számolni kell azzal, hogy a nyitott hurkokban a LEMP (elektromágneses villámimpulzus) hatására olyan értékű túlfeszültség fog indukálódni, hogy a hurok nyitott vége át fog ütni, átívelés lép fel. Ilyen esemény bekövetkezte a személy- és vagyonbiztonság miatt (tűzveszélyokozás, közvetlen anyagi károk) természetesen nem megengedhető. Feltétlenül figyelembe kell venni, hogy a hurok több vezetékes rendszer megfelelő vezetőszakasziból is ki tud alakulni a nyomvonalak keresztezési pontjain bekövetkező átütéssel. Szintén megengedhetetlen, hogy egy zárt, vezetékes, vagy vezetőképes hurok elégjen. A készülékkárok bekövetkeztének megelőzése összecsatoló eszközök alkalmazását igényli a védendő készülék vezetékes csatlakozásainak közvetlen közelében.

A vezetékes hurkok kialakulását ugyanakkor nem mindig lehet elkerülni, azt viszont tudni kell, hogy ezek hol, hogyan jönnek, jöhetnek létre és ennek kapcsán milyen problémák fellépte ellen szükséges műszaki intézkedéseket tenni. Tény, hogy a villám másodlagos hatásaként fellépő induktív csatolás behatol az épület belső terébe, de a hatások mérséklésére több módszer ismert. A teljes nyomvonalukon zárt fém csőben vagy zárt fém vezetékcsatornában haladó vezetékes rendszerek védettnek tekinthetők, mivel a LEMP induktív úton történő becsatolása a zárt hurkot képező fém csőben, illetve vezetékcsatornában záródó áramot hoz létre. Ennek az áramnak a saját mágneses tere Lenz törvénye értelmében közömbösíti az őt létrehozó hatást.

A zárt fémszerkezet belső terében gyakorlatilag nem kell induktív hatással számolni. A védeni kívánt kis keresztmetszetű hurkokkal párhuzamos, ahhoz közel elhelyezkedő nagy vezetőképességű másik hurok szintén csökkenti a hatást. Az mindenképp szempont, hogy a létrejövő vezetékes hurkok méretét minimalizáljuk, miközben a zavarokra érzékeny vezetékrendszereket ajánlatos legalább 1 méter távolságban vezetni a potenciálisan zavart sugárzó vezetékrendszertől, így például a rész-villámáramok által átjárt erősáramú fővezetéki szakaszoktól és természetesen nem szabad megfeledkezni az épület határoló falának külső oldalán elhelyezett villámvédelmi levezetőről sem. Semmilyen függőleges vezetékes nyomvonalat ne hozzunk létre az épületfal belső oldalán, ahol kívül villámvédelmi levezető halad! A levezetővel párhuzamos vezetékes nyomvonal a lehető legrövidebb legyen és a lehető legtávolabb legyen kijelölve. Az épületek belső terében megjelenő induktív becsatolást akár jelentős mértékben is csökkentheti, ha a villámvédelmi felfogókról az épület minden sarkán, vagy falán létesül levezető. Ez többletköltség ugyan a külső villámvédelmi berendezés létesítésekor, azonban a villámáram a levezetők között meg tud oszlani, és ezeknek az áramoknak az indukciós hatása az épületen belül gyengíteni fogja egymást.

■ d. Amely vezetékes rendszerek földelt vezetővel is rendelkeznek, azok esetében ez a vezető tervezett módon fémes kapcsolatban van a földelőrendszerrel (TN-rendszerben az ellátó kisfeszültségű hálózat PEN-vezetőjével is).
Nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy az épület bármely vezetékes rendszerének (abban legalább egy vezetőnek) egyenpotenciálú összekötéssel kell rendelkeznie az épület földelőrendszerével. Célszerű, ha a földelőrendszerrel történő összekötés olyan földelősínen valósul meg, amelynek potenciálja lehetőleg akkor is (a helyi) földpotenciál marad, ha azon keresztül rész-villámáram folyik le a föld felé.

■ e. Számos vezetékes rendszer működése, funkcionalitásának teljesülése az erősáramú ellátásra, mint infrastruktúrára támaszkodik, mivel tápfeszültség-ellátását onnan kapja. Ebből a szempontból vizsgálni szükséges az egyes vezetékes rendszerek által ellátott funkciók tápfeszültség-ellátásának folyamatosság és zavarmentesség iránti igényét.
Szükség esetén meg kell valósítani a védendő és ellátandó készülékek és berendezések szünetmentes ellátását. A mai korszerű, kétszeres konverziójú , teljesen elektronikus szünetmentes feszültségforrások (UPS-ek) a megszakítás nélküli áramellátás mellett teljes értékű túlfeszültség elleni védelmet és zavarvédelmet biztosítanak az innen ellátott készülékek számára. Azt szem előtt kell tartani, hogy amennyiben egy épületben a szünetmentes ellátás önálló vezetékhálózat kiépítését igényli, úgy ezt a vezetékhálózatot is meg kell feleltetni az összes itt felsorakoztatott szempontnak. 

A felsorolt okok miatt fellépő zavaró vagy káros hatások és kölcsönhatások a gyakorlati esetek többségében teljes összetettségükben jelentkeznek. Ez azt jelenti, hogy az összes hatás egyidejű felléptével kell számolni, és az egyes részhatások erőssége fog nehezen kalkulálható, vagy előre meg nem határozható súlyozással kialakulni a bekövetkező villamos esemény függvényében. Mivel ez így van, a hatások összegét csak abban az esetben lehet a lehető legkisebb szintre mérsékelni (márpedig ez a szükséges cél!), ha az összes veszélyeztető hatás minimalizálására törekszünk.
Nem hagyható figyelmen kívül, és nem megkerülhető szempont az, hogy környezetünkben a villám a legerősebb villamos hatás. Ha elég távol csap le, akkor csak kis recsegés jelenik meg a hangszóróban, mindössze kis szintű zavar, ha pedig közel, akkor durva elektromágneses sokk, ami megfelelő védelem nélkül romboló pörölycsapás.

Ha az épület erős- és gyengeáramú vezetékhálózatai megfelelő kialakításúak, a hozzájuk rendelt védelmi intézkedések és eszközök rendelkezésre állása mellett kiállják az épületet, illetve annak közvetlen környezetét érő villámcsapás másodlagos hatásait, akkor egyéb villamos okból származó anyagi károk bekövetkeztétől nem kell tartani. Arra általában nem kell számítani, hogy a villámáram vezetés útján becsatol az épület belső terébe, mert ennek bekövetkeztét – megfelelő külső villámvédelmi berendezés meglétét feltételezve – mindenképpen ki kell zárni.

A zavarok elleni védekezés terén a tényleges és/vagy lehetséges zavarforrások kiiktatása, illetve az épület belső terében kibocsátott (vezetett, sugárzott) zavarok csökkentése az elsődleges szempont. Csak utolsósorban, vagy speciális esetben, egyedi megfontolás alapján lehet szükséges magasabb zavarvédettségű készülék, berendezés alkalmazása a jelenlevő magas zavarszint miatt.

Összességében nem hagyható figyelmen kívül, hogy az üzem- és zavarbiztonság egyre növekvő igényei azonosan magas szintű követelményeket támasztanak a kiviteli tervezéssel, a megfelelő szerelési anyagokkal és a kiviteli technológiával, valamint a megteendő passzív és az aktív védelmi intézkedésekkel szemben. A felsorolt problémák felismerése, de leginkább elkerülése és a valóban megfelelő, ugyanakkor gazdaságosan és hatékonyan alkalmazható megoldások megkeresése és alkalmazása szakmailag alaposan felkészült, komplex szemléletű villamos szakembert, illetve szakembereket igényel.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem