Kóborló áramok
2011/5. lapszám | Háncs László | 32 126 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Kevesen ismerik fel a kóbor áramok jelenségét, jelentőségét: noha számos üzemeltetési probléma róható fel eme elektromos jelenségnek és kialakulásának okai egyértelműen behatárolhatók, a villamos biztonsági felülvizsgálók ritkán gyanakodnak kóboráramok jelenlétére, káros hatásaira. Az alábbi összefoglalóban röviden ismertetjük a jelenség fizikai hátterét Háncs László villamos mérnök segítségével, majd Tímár Imre felülvizsgáló személyes tapasztatai alapján mutatjuk be azokat az életszerű helyzeteket, amelyekben a kóboráramok kiváltotta meghibásodások merültek fel.
Nézzük meg, hogyan alakulhatnak ki egy épületen belül ezek a nem kívánatos áramok. Az 1. ábrán egy kétemeletes épület látható. A felszálló ág négyvezetékes, tehát 3 fázis és a PEN-vezető alkotja. Ez a megoldás az MSZ HD 60364 szabvány szerinti TN-C érintésvédelmi módnak felel meg. Az épület szinti alelosztóiban a PEN-vezetőt szétválasztjuk N nullára és PE védővezetőre egy nullbontó segítségével.
Ez az érintésvédelmi mód az előbb említett szabvány szerint a TN-S rendszer. Az épület két szintjén berajzoltunk 1-1 db egyfázisú fogyasztót, ami lehet pl. egy vízmelegítő berendezés vagy keringtető szivattyú. Ezek a berendezések jellegükből adódóan fémesen összeköttetésben állnak az épület többi gépészeti berendezésével és nagyobb kiterjedésű fémszerkezetek-kel, amit az ábrán jobb oldalon jelöltünk.
A pincei főelosztóban kialakított EPH csomópontba természetesen bekötésre kerülnek ezen fémszerkezetek is. Tehát az érintés- védelmi mód kialakítása szabványos. Nem is ezzel van a probléma. Nézzük meg, hogy hogyan folyik a fogyasztó árama elméletileg, amit fehér vonallal jelöltünk (2. ábra). Tehát az áram útja a fázisvezető – fogyasztó – nullavezető – nullbontón kereztül a PEN-vezető. Valóságban viszont a nullbontónál az áram kétfelé folyhat. A védővezetőn és a készülék fémtestén keresztül az épület valamennyi, EPH-ba és PEN-vezetőbe bekötött fémszerkezetén is fog folyni. Ezt piros vonallal jelöltük (3. ábra).
Ennek a kóboráramnak a nagyságát Ohm törvénye fogja meghatározni. A nagy kterjedésű fémhálózat és a PEN-vezető ellenállásainak arányában oszlik el a visszafolyó áram. Mivel a nagy kiterjedésű fémszerkezetek eredő ellenállása jóval kisebb lehet a PEN-vezetőénél, így ezekben jelentős áramok alakulhatnak ki. Ezen áramok nem kívánatosak, és másodlagos hatásuk már összetettebb üzemviteli problémákat idézhet elő.
Melyek ezek a problémák?
- A csővezetékeken folyó áram elektrokémiai korróziót idéz elő.
- A csővezeték megbontásakor (mivel áram folyik rajta) szélsőséges esetekben potenciálnövekedés lehet a cső végén.
- Régi horganyzott csővezetékes vízvezeték-hálózatnál pont emiatt kellett áthidalni a vízmérő órát egy rézsodronnyal. Az óra levételével a cső végpotenciálja megemelkedhetett.
- Az olyan elektronikus berendezéseken, amelyek jelátviteli kábelének árnyékolása be van kötve a PE- vagy az EPH-rendszerbe, áram folyhat: az áram és jelalakja pedig zavarokat idézhet elő a jelátvitelben.
- A felszálló négyvezetékes rendszer kábelében az odafolyó és visszatérő áramok nagysága nem egyforma, így a kábel körül kialakul egy mágneses tér, amely az erősáramú kábel mellett futó gyengeáramú vezetékekre mágneses teret szór. (Itt természetesen nem a szimmetrikus rendszerekről beszélünk!)
Személyes tapasztalatok
Az első találkozásra a kóboráramokkal egy budapesti piac üzemeltetése során került sor, ahol ez markáns módon jelentkezett: a hőközpontban lévő víztározó tartályok egyszerűen kilyukadtak, ami 10 éves távlatban elfogadhatatlan, hiszen ezek rozsdamentes acélból készültek. Az ok elektrokémiai korrózió volt, azaz áram folyt rajtuk. Felmerült a kérdés, hogy milyen úton juthatott oda az elektromos áram? Nem elhanyagolható mennyiségű mérés után sem lehetett olyan hibaforrást kimutatni, amely indokolta volna ezt a jelenséget. Egyébként a piac egymérős kialakítást kapott, 500 A-es fázisonkénti áramvételezéssel: ez az épületben lévő 20/0,4 kV-os transzformátorállomásról történik.
Ha ez a transzformátorkörzet kiesne, akkor a szomszédos kommunális létesítmény pincéjében elhelyezkedő transzformátorról történik meg a másodlagos tápellátás, illetve rendelkezésre áll még egy szünetmentes tápegység is, amely a biztonsági világítás energiaellátását szolgálja. A 0,4 kV-os kapcsolótérben tehát egy kommunális mező és egy helyi áramelosztó mező található, amelyek sínáthidalással vannak összekötve. Ez a kiépítés az egyes emeleteken is jelen van, hiszen minden szinten vannak olyan berendezések, amelyek folyamatos táplálást igényelnek.
A szükségtranszformátor körzet 5-vezetékes, míg a főágon 4-vezetékes rendszer került installálásra: mindez egy szekrényben, természetesen a szünetmentes táplálással együtt. Felmerült a kóboráramok lehetősége: a vizsgálatok kimutatták, hogy a PEN-vezetőben 3 A, a különböző fémszerkezetekben, illetve épületgépészeti eszközökben (például vízvezetékek stb.) ~20 A (!) volt mérhető. A vizsgálat első lépése a szinti elosztókra irányult: itt már több helyen mérni lehetett kóboráramokat. Ezt követően került sor az üzletek csatlakozópontjainak ellenőrzésére: a 65 üzletből több mint egytucatban volt található 1-2 A nagyságú kóboráram.
Nagy meglepetésre a típustáblák vizsgálata azt mutatta ki, hogy szinte mindegyikben megtalálható volt a rejtett nullázás. Ezek megbontása után az adott eladóhelyiségekben megszűnt a probléma, de ez még nem garantálta azt, hogy a fő fémszerkezeteken is megoldódott volna a nehézség. Például a szellőzőcső be volt kötve az EPH-rendszerbe, és itt is detektálható volt néhány amper áramerősség. Vízvezetékcsövek, gázcsövek esetében szintén kimutatható volt az elektromosság.
Nem lehet elhallgatni azt a körülményt sem, hogy sok fémszerkezet mérése rendkívül nehezen oldható meg, hiszen nem áll rendelkezésre olyan lakatfogó, amely alkalmas lenne a feladat elvégzésére. Itt is nagy problémát okozott maga a létesítmény jellege, hiszen a piacon számos olyan üzlethelyiség található, ahol folyamatos üzemű berendezések, például hűtőgépek üzemelnek. Felmerült lehetőségként a helyi karbantartók részéről az a megoldás, hogy helyiségenként kerüljön sor áram-védőkapcsolók beépítésére, de ez a problémát nem oldja meg. További nehézségként merült fel, hogy az üzlettulajdonosok vehemensen tiltakoztak az üzletmenetüket jelentősen hátráltató beavatkozás ellen. Arra is akadt példa, hogy az ellenőrzés után tapasztalt hibát (hűtőgép újraindulásának elmaradása) az ellenőrzést végző szakember nyakába akarták varrni. Erre előre fel kell készülni a megfelelő dokumentációval.
A rengeteg mérés alátámasztotta azt a szakmai álláspontot, hogy a főágon elengedhetetlen a független védővezető kiépítése, illetve a szekrényekben és az elosztótáblákon a nullbontókat és a rejtett nullázásokat meg kell szüntetni. Sajnos ki kell emelni, hogy a meghibásodás már a tervezőasztalon eldőlt: noha az érintésvédelmi mód kiválasztásának vonatkozásában valóban nem szükséges 5-, hanem csak 4-vezetékes rendszer kiépítése, de a tartalékrendszer 5-vezetékes követelménye miatt tulajdonképpen két eltérő rendszer került párhuzamosan kiépítésre, ez pedig további problémákat vetett fel.
Egy működő objektumnál utólagosan a kóboráramok megszüntetése csak nagyon nehezen oldható meg. Ki kell építeni egy független védővezetőt, és meg kell szüntetni a nullbontókat az alelosztókban. Tehát ki kell alakítani a TN-S rendszert (4. ábra)! Ezeket a munkákat, átkötéseket, rejtett nullázások megtalálását és megszüntetését csak a rendszer feszültségmentes állapotban lehet elvégezni, hiszen komoly problémákat okoz, ha egy 3-fázisú rendszerben megbontjuk a nullavezetőt. Ez üzemelő épületnél rendkívül sok egyeztetést, éjszakai műszakot jelent.
A piac tekintetében ez az átépítés több mint egy évig tartott. Egy másik esetben a kóboráramok jelenlétének kimutatására egy hotel átadása után került sor: a szokásos felülvizsgálatokat követően, az üzemeltetés megkezdése után kiegészítő méréseket is el kellett végezni, mivel számos elektromos forrású probléma merült fel. Konkrétan itt olyan hibajelenségekre kell gondolni, mint az, hogy a tűzjelző rendszer indokolatlan riasztást küld, vagy a számítógép-hálózat időnként nem megfelelően működik. Legnagyobb megdöbbenésre az első elosztószekrényben rögtön 2 A-es kóboráramot lehetett mérni. A további vizsgálatok igazolták az előzetes diagnózist: a rendszer különböző – üzemszerűen áramot nem vezető – pontjain 2-4 A-es kóboráramokat lehetett mérni.
Tovább rontotta a helyzetet, hogy a frissen átadott hotelben a 6500 érintésvédelmi mérési pontból 150 esetben lehetett a védővezető folytonosságának hiányát kimutatni. Ezek jórészt dugaszolóaljzatok és fényforrások voltak. A méréseket és ellenőrzéseket itt is megnehezítette az a körülmény, hogy folyamatos üzemeltetésű létesítményről volt szó, tehát munkát lényegében csak akkor lehetett végezni, ha egy-egy szoba történetesen felszabadult. Ezt követően a tervdokumentáció áttekintésére került sor, amely igazolta, hogy négyvezetékes rendszert építettek ki, azaz egyben vezették a nulla- és a védővezetőt (TN-C). Itt is kiépítésre került egy diesel-motoros tartalékbetáplálási-rendszer, és a kialakításnak köszönhetően jelentős mennyiségű kiegyenlítő áramot lehetett kimutatni a két rendszer között.
