Villámvédelem

Robbanásveszélyes építmények villámvédelmi kockázatkezelése

2014/7-8. lapszám | Kruppa Attila |  4559 |

Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az MSZ EN 62305 szabványsorozat elsõ kiadását idén januárban felváltó második kiadás leginkább a kockázatkezelés folyamatát érintõ változásokat hozott. A változások egy része kétségtelenül pozitív irányba hat, ami azonban nem jelenti azt, hogy az új szabványról összességében is elismerõen nyilatkozhatnánk. A kockázatkezelés gyakorlati problémáit a második kiadás sem orvosolta, különösen azokra az esetekre vonatkozóan nem, amelyekben robbanásveszéllyel is számolni kell. A cikk ezen problémák közül tekint át röviden néhányat.

Mikor tekintsünk egy építményt villámvédelmi szempontból robbanásveszélyesnek?

 

A nehézségek akkor kezdõdnek, amikor meg akarjuk határozni, hogy egy adott építmény – hangsúlyozottan villámvédelmi szempontból – a „robbanásveszélyes építmény” kategóriába sorolható-e. A szabvány természetesen definiálja a robbanásveszélyes építmény fogalmát, mely szerint a „szilárd robbanóanyagokat vagy az IEC 60079-10 és az IEC 61241-10 szerint meghatározott robbanásveszélyes zónákat tartalmazó építmények” tartoznak ide. Az MSZ EN 62305-2 szabvány elsõ kiadása ehhez a meghatározáshoz azt a – kissé homályos, és fenntartással kezelhetõ – megjegyzést fûzte, hogy „e szabvány csak a 0-ás zónát vagy szilárd robbanóanyagokat tartalmazó építményeket veszi figyelembe”. Ez a megjegyzés a szabvány második kiadásából kimaradt, helyette talán a C. melléklet C.5 táblázatához fûzött kiegészítések lennének arra hivatva, hogy pontosabb képet alkothassunk a robbanásveszély figyelembevételének szükségességérõl és módjáról. Sajnos, ez annak ellenére sem lehetséges, hogy a második kiadás elõdjénél „részletesebben” foglalkozik a kérdéssel. Az értelmezési problémák elsõsorban abból fakadnak, hogy a definícióban nincs megkötés arra vonatkozóan, hogy a robbanásveszélyes térrésznek az építmény mekkora részére kell kiterjednie ahhoz, hogy az egész építményt robbanásveszélyesnek kelljen tekinteni. Ez a dilemma azoknál a cseppet sem különleges építményeknél (épületeknél) vetõdik fel, amelyekben a robbanásveszély csak az építmény egy-egy részében, egyes helyiségekben jelenik meg. Túlzásnak tûnik ezeket az építményeket csak azért robbanásveszélyesnek tekinteni, mert a szabvány meglehetõsen sommás definíciójából ez következik. Szerencsére e túlzások elkerüléséhez a C. melléklet C.5 táblázatához fûzött magyarázat segítséget nyújt – legalábbis látszólag. E szerint ugyanis mégsem kell (a kockázatkezelés szempontjából) robbanásveszélyesnek tekinteni az építményt, ha az alábbi feltételek legalább egyike teljesül:

• A robbanásveszélyes anyag jelenlétének idõtartama kevesebb, mint 0,1 h/év,
• a robbanásveszélyes térrész térfogata elhanyagolható,
• a robbanásveszélyes térrész nincs közvetlen villámcsapás hatásának kitéve, és a térrészben a veszélyes szikraképzõdés („másodlagos kisülés”) elleni védekezés biztosított.

 

Hozzáfûzi ehhez a szabvány, hogy nem kell robbanásveszélyesnek tekinteni azokat a tartályszerû építményeket sem, amelyek fala teljesíti a természetes felfogóra vonatkozó követelményeket, és amelyek belsõ (villamos és elektronikus) rendszerei túlfeszültség-védelemmel vannak ellátva. Ezeknek a kiegészítéseknek bizonyára az lenne a fe- ladata, hogy enyhítsék a „robbanásveszélyes építmény” fogalmából adódó, gyakran túlzottan szigorú követelményeket. Erre azonban alkalmatlanok, több szempontból is:

• A megadott 0,1 h/év idõtartam olyan csekély, hogy ahhoz robbanásveszélyes térrész kialakulása lényegében nem kapcsolható, azaz még a szabvány definíciójának értelmében sem beszélhetünk robbanásveszélyes építményrõl.
• Elhanyagolható méretû robbanásveszélyes térrész esetén valóban ésszerûtlen az egész építményt robbanásveszélyesnek minõsíteni. Ezzel csak az a gond, hogy a szabvány nem adja meg, hogy a térrész mérete mikor tekinthetõ „elhanyagolhatónak”.
• Amennyiben a robbanásveszélyes térrész nincs közvetlen villámcsapás hatásának kitéve, és a túlfeszültség-védelemre vonatkozó követelmények is teljesülnek, akkor logikusnak tûnik, hogy az épületet ne kelljen robbanásveszélyesnek tekinteni. A „veszélyes szikraképzõdés elleni védekezés” (azaz lényegében a villámvédelmi potenciálkiegyenlítés, hiszen itt kifejezetten a villám hatására keletkezõ szikraképzõdés kockázatát kell vizsgálni) kiépítettségére vonatkozó kritérium azonban önmagának mond ellent, mert ennek az intézkedésnek a szükségességét éppen a kockázatkezelés alapján kellene megítélni.

 

Az is megemlíthetõ, hogy azokban az esetekben, amikor a robbanásveszélyes helyiség egy-egy építmény belsõ részében helyezkedik el (tehát nincs közvetlen villámcsapás hatásának kitéve, legalábbis abban az értelemben, hogy a villámcsapás talppontja nem lehet a robbanásveszélyes helyiségben), többnyire mesterséges vagy természetes szellõzés biztosítja, hogy a helyiség légterében a robbanásveszélyes anyagok koncentrációja ne haladja meg a veszélyes mértéket. Az elszívott anyagok kiszellõztetése általában a tetõre történik, így a szellõzõvezeték környezetében is kell a robbanásveszélyes térrész kialakulásának lehetõségével számolni. Következésképp abból, hogy a robbanásveszélyes térrész eredendõen az építményen belül helyezkedik el, még nem feltétlenül következik, hogy közvetlen villámcsapás hatásának nincs kitéve.

Az olyan, fõleg ipari technológiák részét képezõ mûtárgyaknál, mint pl. tartályok vagy technológiai egységek, amelyek esetében egyértelmû a robbanásveszély, az itt leírtak nem okoznak különösebb bizonytalanságot, sõt a védelmi intézkedések mûszaki tartalmát se befolyásolják érdemben. Azoknál az építményeknél, és különösen azoknál az épületeknél azonban, amelyeknél a robbanásveszély csak az építmény kisebb-nagyobb részén van jelen, a tervezõre hárul a döntés, hogy a robbanásveszélyt figyelembe veszi-e, és ha igen, akkor milyen módon teszi azt. A szabvány ezt nagyvonalúan elintézi azzal, hogy „részletesebb vizsgálatot igényel” a kockázatszámításhoz felhasznált paraméterek értékének megadása, de hogy a tervezõnek milyen elvek mentén kell vizsgálódnia, ahhoz semmilyen iránymutatást nem ad. Pedig ez a döntés nagymértékben kihat az építmény egészén alkalmazni szükséges védelmi intézkedések szigorúságára (fokozatára) és mûszaki tartalmára is.

Robbanásveszélyes övezetek paraméterei

 

Az elõbb leírtak miatt általában akkor sem tekinthetünk el kételyek nélkül a robbanásveszélytõl, ha az az építménynek csak egy-egy kisebb részén áll fenn. Kézenfekvõnek tûnik, hogy ezt a helyzetet az építmény övezetekre bontásával kezeljük, és a kockázatszámítás során a robbanásveszélyes helyiséget (térrészt) és az építmény többi részét egymástól elkülönített övezetként vegyük figyelembe. Az övezetekre bontott építmények R1 kockázatának számításakor azonban lényeges paraméterként jelenik meg az övezetben tartózkodók száma, hiszen az építmény teljes kockázatát az egyes övezetekre számított kockázatoknak a benntartózkodók számával súlyozott összege adja majd. (Hasonló a helyzet R2 számításánál is, de itt most megelégszünk azzal, hogy a probléma lényegét R1 számításának esetére tárjuk fel.) Ennek következtében fontos szerepet kap a robbanásveszélyes helyiségben, mint önálló övezetben tartózkodók száma. Ha ez a létszám jól meghatározhatóan nem nulla (pl. adatszolgáltatás adja meg, hogy az üzemépület adott helyiségében várhatóan hány fõ tartózkodik normál üzemeltetési körülmények között), akkor ezt az adatot nyugodtan felhasználhatjuk. Ha azonban az adott helyiségben normál üzemi körülmények között – például biztonsági okokból – nem tartózkodnak személyek, akkor – a kockázatszámítás matematikai sajátosságai miatt – a robbanásveszélybõl eredõ villámvédelmi kockázat az építmény eredõ kockázatában nem mutatkozik majd.
Ez a kockázatok megtévesztõ alulbecsléséhez vezethet, hiszen egy esetleges robbanás nemcsak a robbanásveszélyes helyiségen belül tartózkodókat veszélyezteti, hanem az épület többi részében lévõket is. Megoldást jelenthet, ha az övezetekre bontott építményben – az adatszolgáltatástól, illetve a tényleges helyzettõl eltérve – a robbanásveszélyes helyiségben tartózkodók számát nullánál nagyobb számmal adjuk meg. Ilyenkor a benntartózkodók számának, ezáltal a robbanásveszély „súlyának” meghatározásában a villámvédelmi tervezõnek saját megfontolásaira kell hagyatkoznia.

Robbanásveszélyes övezeteknél nem a benntartózkodók számának megadása jelentheti az egyetlen problémát. Az R1 kockázat számítása során az RC, RM, RW és RZ kockázati összetevõk a szabvány értelmében mindaddig elhanyagolhatónak tekinthetõk, amíg a villamos és elektronikus rendszerek meghibásodása nem okoz azonnali és közvetlen életveszélyt. A robbanásveszély megjelenése azonban „bekapcsolja” ezeket a kockázati összetevõket, ami általában drasztikus mértékben növeli a számított kockázat értékét. A kockázat növekedésének ténye érthetõ, és villámvédelmi szemléletünkkel megegyezik – ami kifogásolható, az egyrészt a mértéke, másrészt az említett kockázati összetevõk csökkentésére alkalmazható védelmi intézkedések jellege. Anélkül, hogy a részletekben mélyen elmerülnénk, itt elégedjünk meg annak megemlítésével, hogy a „szokásos” védelmi intézkedésekkel, azaz a legmagasabb LPL I védelmi szintre méretezett LPS és SPM alkalmazásával a kockázat értéke általában nem csökkenthetõ a szabványban (és jogszabályban is) megadott, elfogadható mértékûre. Érdemes tehát annak is néhány gondolatot szentelnünk, hogy mi a teendõ ilyen esetben.

Az alkalmazható legszigorúbb villámvédelmi intézkedések

 

A szabványalkotó felismerte annak szükségességét, hogy (a szabvány második kiadásában, mert az elsõbõl ez érdekes módon kimaradt…) rendelkezzen azokról a lehetséges helyzetekrõl, amelyekben a kockázat villámvédelmi intézkedésekkel nem csökkenthetõ az elvárt mértékben. Ez eleve annak igazolása, hogy van olyan szituáció, amelyben a villám által jelentett kockázat minden igyekezet (villámvédelmi intézkedés) ellenére nagyobb marad, mint az elfogadható mértékû. Következésképp nem jelenthetõ ki, hogy egy kockázatkezelés csak azért hibás lenne, mert az abban végeredményként – az alkalmazott védelmi intézkedések figyelembevételével – megadott kockázat magasabb az elfogadható mértékûnél. Ennél is lényegesebb azonban a szabvány arra vonatkozó instrukciója (ami kissé érthetetlen módon csak egy megjegyzés formájában van megfogalmazva), hogy ezekben a helyzetekben mi a teendõje a villámvédelmi tervezõnek, azaz milyen villámvédelmi intézkedések megkövetelése mellett fogadható el az a tény, hogy a kockázatot nem sikerült az elvárt mértékben csökkenteni.

Egyrészt nyilvánvalóan szükséges a megbízó tájékoztatása, hogy tudniillik az építmény – hétköznapi módon megfogalmazva – villámvédelmi szempontból annak ellenére is veszélyes maradt, hogy a lehetõ legszigorúbb védelmi intézkedéseket alkalmazták. Eddig ez rendjén van, különösen akkor, ha a tervezõ a kockázatkezelésben legalább utal arra, hogy a maradék kockázat milyen módon – például munkavédelmi felvilágosítással – csökkenthetõ. Ami vitatható, az az ilyen esetekre a szabvány által „sugallt” (mert csak példaként, zárójelben megemlített) legszigorúbb villámvédelmi intézkedés, amely ráadásul az intézkedésekhez tartozó PB=0,001 és PSPD=0,001 értékekkel van megadva. Ebben az a félrevezetõ, hogy a villámvédelmi rendszerre (LPS) vonatkozó PB=0,001 tényezõ már nem tisztán védelmi intézkedés, hiszen (a B. mellékletben lévõ, enyhén szólva zavaros magyarázat alapján) ez olyan „folytonos fémszerkezettel” rendelkezõ építmények esetében választható, amelyeknek a közvetlen villámcsapás elleni védettsége sokkal jobb, mint LPS I esetén lenne (amelyhez csupán PB=0,01 érték tartozik). Ezzel a legnagyobb probléma az, hogy a PB=0,001 tényezõvel jellemezhetõ LPS már nem védelmi intézkedés, amelyet a villámvédelmi tervezõ „szabadon” megkövetelhet, hanem az adott építmény adottsága, amelynek érdemi megváltoztatására nincs lehetõség. Így például egy több ezer köbméteres, ún. membrános (robbanásveszélyes) gáztartály esetében, amelynél a tartályfal mûanyagból készül, nem tûnik életszerûnek a PB=0,001 értékkel jellemezhetõ LPS alkalmazása, mert nem valószínû, hogy a beruházót sikerül rábeszélni fémtartályok alkalmazására. Hasonló problémákat vet fel az SPM-re vonatkozó PSPD=0,001 tényezõ alkalmazása, akkor is, ha itt a koordinált túlfeszültség-védelmi rendszer kialakításáról, tehát egyértelmûen védelmi intézkedésrõl van szó: nehéz elfogadható magyarázatot adni arra, hogy milyen mûszaki–kialakítási jellemzõkkel rendelkezik egy olyan túlfeszültség-védelmi rendszer, amelynek hatékonysága tízszer nagyobb, mint az LPL I védelmi szintre méretezett és PSPD=0,01 tényezõvel jellemzett SPM.

(Már csak azért is, mert az LPL I védelmi szintre méretezett SPM csak ötször „jobb”, mint az LPL III-IV-re méretezett… És akkor még nem is említettük, hogy az egész túlfeszültség-védelem alapját képezõ ún. „villámvédelmi zónakoncepció” gyakorlati alkalmazása oly sok sebbõl vérzik, hogy annak módosítása a szabvány következõ kiadásban már aligha lesz megkerülhetõ.) Mindezek alapján indokoltnak tûnik, hogy legszigorúbb védelmi intézkedésként (és itt a hangsúly az „intézkedésen” van) az LPL I-re méretezett LPS és SPM kombinációját fogadjuk el, figyelmen kívül hagyva a szabvány által sugallt megoldást.

Kiegészítésképp, a robbanásveszélyes építmények témájától kissé elszakadva persze azt is megemlíthetnénk, hogy elméleti síkon eleve hibás az a megközelítés, hogy ilyen esetekre a legszigorúbb védelmi intézkedéseket csupán az LPS és SPM fokozatával adjuk meg: olyan építményeknél, amelyeknél az RA kockázati összetevõ értéke nagy (pl. toronyszerû építmények), az R1 kockázat csökkentésében azok a védelmi intézkedések kapnak szerepet, amelyek érdemi kialakítási jellemzõi az LPS fokozatából nem vezethetõk le. (Nem is beszélve arról, hogy az SPM-nek az RA kockázati összetevõhöz nincs köze.) Sajnos, ez az elvi hiba azért is súlyos, mert a szabvány második kiadása már lehetõvé teszi, hogy az LPS-t fokozatától függõen az RA kockázati összetevõ értékének csökkentésére is figyelembe vegyük. Bár ez általános esetben (például egy irodaépület esetében) kétségtelenül akceptálható, az oszlop- vagy toronyszerû építményeknél, vagyis éppen azokban az esetekben, amelyekben megnövekszik a jelentõsége az érintési és lépésfeszültségnek, aligha elfogadható. Mindezek miatt tehát a „legszigorúbb (villám)védelmi intézkedéseket” érdemesebb egy kicsit mélyebben átgondolni (és a kockázatkezelési dokumentációban részletesebben kifejteni), ha a kockázatszámítás során a kockázat értéke nem csökkenthetõ az elfogadható mértékû alá, vagy – mert ilyen is elõfordulhat – amennyiben a „legszigorúbb védelmi intézkedések” alkalmazására részletes kockázatszámítás nélkül kerül sor.

 

betûszavak magyarázata   LPL Villámvédelmi szint (Lightning Protection Level) A villámok lényeges fizikai paramétereinek olyan értékkészlete, amely megfigyeléseken és méréseken alapul, és amely lehetõvé teszi a villámvédelmi intézkedések – az LPS és az SPM – méretezését. A szabvány négyféle értékkészletet, és ennek megfelelõen négy villámvédelmi szintet különböztet meg LPL IV-tõl LPL I-ig. Az alacsonyabb biztonságot az LPL IV-re, a nagyobb biztonságot az LPL I-re méretezett villámvédelmi intézkedések nyújtják. LPS Villámvédelmi rendszer (Lightning Protection System) Azon szerkezetek és intézkedések összessége, amelyek arra szolgálnak, hogy az épületet érõ közvetlen villámcsapás esetén csökkentsük a tûz, illetve az áramütés bekövetkezésének valószínûségét. Ide tartozik a villámvédelmi felfogó-, levezetõ- és földe-lõrendszer, a villámvédelmi potenciálkiegyenlítés, valamint az érintési és lépésfeszültség elleni védelem. A négyféle villámvédelmi szintnek megfelelõen alapvetõen a villámvédelmi rendszer négy fokozatát különböztetjük meg LPS IV-tõl LPS I-ig. SPD Túlfeszültség- védelmi eszköz (Surge Protective Device) Olyan eszközök, amelyek a villamos és elektronikus hálózatokon beépítve megakadályozzák, hogy a kábelek és vezetékek erei, továbbá az erek és a föld(potenciál) között olyan potenciálkülönbség alakuljon ki, amelynek következtében a villamos és elektronikus rendszerekben átütések, illetve meghibásodások léphetnek fel. SPM Villámimpulzus elleni védelmi intézkedések (LEMP Protection Measures) Azon szerkezetek és intézkedések összessége, amelyek arra szolgálnak, hogy csökkentsék a villámok hatására a villamos és elektronikus rendszerekben fellépõ meghibásodások bekövetkezésének valószínûségét. Elsõsorban az egymással összehangolt mûködésû túlfeszültség-védelmi eszközökbõl (SPD-kbõl) kialakított túlfeszültség-védelmi rendszert értjük az SPM alatt, de ide tartoznak például a (mágneses) árnyékolási intézkedések és a nyomvonalkialakítási intézkedések is. A négyféle villámvédelmi szintnek megfelelõen alapvetõen az SPM három fokozatát különböztetjük meg, mert az LPL IV és LPL III villámvédelmi szint esetében az SPM méretezése ugyanarra a villámparaméterre (villámáram-csúcsértékre) történik.

 

---