Figylem! Ez a cikk 10 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Cikksorozatunk első három része a vasbeton pillérvázas épületek villámvédelmi felfogó-, levezető- és földelőrendszerének kialakítását tekintette át. Sorozatunk utolsó részében a biztonsági távolság meghatározásával, a potenciálkiegyenlítéssel és az érintési és lépésfeszültség elleni védelemmel foglalkozunk, lezárva az LPS létesítésének témáját.
Biztonsági távolság
Már cikksorozatunk második részében, a levezetőrendszer követelményeinek tárgyalásánál megemlítettük, hogy a biztonsági távolság értékének meghatározása problémás. A levezetőrendszer kialakításánál ez a probléma azzal kapcsolatban vetődött fel, hogy egymástól milyen távolságra lévő pillérekben kell levezetőt kialakítanunk ahhoz, hogy a köztes pilléreknél ne álljon fenn a veszélyes megközelítés, és ebből következően a pilléreket ne kelljen bekötni a villámvédelmi rendszerbe (1. ábra).
1. ábra: A köztes vasbeton pillérek bekötésének szükségességét elméletileg annak alapján kellene megítélni, hogy fennáll-e a veszélyes megközelítés.
Ez a kérdés azért jelenik meg, mert a vasbeton pillérek statikai célú vasalása felső végén a felfogót, alsó végén pedig a földelőt megközelíti. A bekötés szükségességéről a biztonsági távolság kiszámítását követően lehetne egzakt döntést hozni – ha ez a számítás megalapozottan elvégezhető lenne. Számítások természetesen végezhetők, hiszen az MSZ EN 62305-3 tartalmaz erre vonatkozó képleteket, az azonban vita tárgyát képezheti, hogy a számítási módszer a vasbeton pillérvázas épületek esetében is alkalmazható-e. A kétely hátterében az áll, hogy a szabvány képletei olyan esetekre vonatkoznak, amelyekben a villámáram levezetése egymástól viszonylag távol elhelyezett, különálló, kör keresztmetszetű vezetőkön történik.
A „hagyományos” kialakítású LPS esetén valóban ez a helyzet, a vasbeton pillérvázas épületeknél azonban a villámáram levezetésében olyan nagy szerep jut a lemezfelületeknek és rácsszerkezeteknek (feltéve természetesen, hogy az LPS kialakítása a cikksorozatunk korábbi részeiben leírtak szerint történik), hogy ezek hatását nem lehet figyelmen kívül hagyni. Ezt természetesen a szabvány is megemlíti, jelezve, hogy amikor a villámáram nagyon sok részre oszlik (pl. megfelelően kialakított vasbeton szerkezetekben, ld. MSZ EN 62305-3 6.3.1. pontja), akkor a biztonsági távolság elhanyagolhatónak tekinthető. Kérdés persze, hogy mit jelent a „nagyon sok” és a „megfelelően kialakított”… Erre a kérdésre önmagában a szabvány alapján nem lehet válaszolni. Szerencsére, az új Országos Tűzvédelmi Szabályzathoz kapcsolódóan megjelent Villamos TvMI átvágta a gordiuszi csomót: a műszaki irányelv F. mellékletének 1.4. pontja ugyanis rögzíti, hogy amennyiben a levezetőként használt pillérek távolsága 20x20 m-nél nem nagyobb, akkor a tető szintjéig a biztonsági távolság elhanyagolható, amint azt a 2. ábra mutatja. (A TvMI e pontjának szövege eredetileg azt a követelményt is tartalmazta volna, hogy a biztonsági távolság a 20x20 métere levezető raszter esetén is csak akkor hanyagolható el, ha a villámáram levezetése legalább 10 pilléren keresztül történik. Sajnos, ez a rész szövegszerkesztési hiba miatt kimaradt a TvMI első kiadásából, de a szakemberek remélhetőleg belátják ennek célszerűségét, és munkájuk során törekednek majd a legalább 10 levezető kialakítására.)
2. ábra: A levezetőként használt pillérek 20 x 20 m-nél nem nagyobb hálóosztású elrendezése esetén a biztonsági távolság a Villamos TvMI F.1.4. pontjának értelmében a tető szintjéig elhanyagolható. Erre hivatkozva szükségtelen a köztes pillérek bekötése.
Azonban tisztában kell lennünk azzal, hogy az F melléklet 1.4. pontjában megadott maximális elrendezési távolság rögzítése csak azt a célt szolgálja, hogy a tervező eljárásának helyességét ne lehessen „csípőből” megkérdőjelezni, mondván például, hogy ritkább elrendezés is elég lett volna. A TvMI az ilyen vitákhoz ad hivatkozási alapot (és számos más kérdésben is, hiszen ez volt összeállításának egyik legfontosabb célkitűzése). A tervező az adott körülmények figyelembevételével természetesen dönthet úgy, hogy eltér a TvMI-ben javasolt műszaki megoldástól, ekkor azonban számítania kell arra, hogy indokolnia kell majd az eltérést.
Összekötő hálózat (potenciálkiegyenlítés)
Az MSZ EN 62305-nek a villámvédelmi felfogó, levezető és földelő kialakítására vonatkozó követelményrendszerében az a törekvés nyilvánul meg, hogy a közvetlen villámcsapás villámáramának levezetésekor az – elszigeteletlen LPS-sel rendelkező – építményben a lehető legegyenletesebb potenciálelosz-lás alakuljon ki. Különösen akkor van ennek jelentősége, ha a villámáram levezetése részben vagy egészben az építmény belső részein keresztül történik – mint például azoknál a vasbeton pillérvázas építményeknél, melyek villámvédelme a cikksorozatunk előző részeiben leírtak szerint készül. Ennek ellenére a villámvédelmi szabvány (és más, a témát érintő szabványok is, pl. MSZ HD 60364-5-54, MSZ EN 50310) viszonylag kevés kézzelfogható instrukciót adnak a villámvédelmi potenciálkiegyenlítést célzó, ún. öszszekötő hálózat kialakítására. Az egyértelmű, hogy a legjobb olyan, sugaras összekötő hálózat kialakítása lenne, amelyet viszonylag rövid bekötővezetékek alkotnak. Nagyméretű, nehezen áttekinthető, sokféle vezetőképes szerkezetet (pl. fémszerkezeteket, csővezetékeket) és villamos/elektronikus rendszereket tartalmazó építményekben azonban általában nem biztosítható, hogy ne alakuljanak ki olyan hurkok, amelyek egy részét a sugaras (vagy legalábbis annak szánt) összekötő hálózat, más részét egyéb vezetőképes szerkezet (pl. a készülékeket összekötő adatátviteli vagy csővezeték) képezi, amint azt a 3. ábra is mutatja.
3. ábra: Indukciós hurok kialakulása különböző vezetékek között. Nagyméretű, nehezen áttekinthető épületekben elkerülhetetlen az ilyen, többnyire nyílt, bizonytalan átütési szilárdságú hurkok létrejötte.
Ezek a – nyitott vagy zárt – hurkok több szakági kivitelező időben és térben eltérő munkája révén jönnek létre, és éppen ezért nehéz elkerülni kialakulásukat. Az ebből eredő problémák feloldásában segít a hálós geometriájú összekötő hálózat (fenntartva természetesen, hogy kisebb helyiségeken belül lehetőség van az ahhoz csatlakozó, sugaras elrendezésre is). Vasbeton pillérvázas épületekben az ilyen, hálós geometriájú összekötő hálózatot természetesen a vasbeton szerkezet részeként célszerű megvalósítani, két okból is. Egyrészt a potenciálkiegyenlítésben ilyenkor részt vesz a vasbeton szerkezet statikai célú vasalása is, így kis impedanciájú összekötő hálózat alakul ki, ami EMC szempontból kedvezőbb, mint a diszkrét vezetőkből kialakított potenciálkiegyenlítő hálózat. Másrészt – és ne becsüljük le ezt a praktikus szempontot – nem vetődnek fel nyomvonalkialakítási vagy esztétikai problémák, hiszen a vezetőket beton takarja.
Mivel ennél a megoldásnál a (villamos célú vezetőkkel kiegészített) betonvasalás az összekötő hálózat és a villámvédelmi levezető feladatát is ellátja, szükségképp felvetődik a kérdés, hogy közvetlen villámcsapás esetén nem okoz-e gondot, hogy a villámáram levezetése lényegében ugyanazon a betonvasaláson keresztül történik, mint a potenciálkiegyenlítés.
Egzakt, számszerűsített válasz erre a kérdésre nem adható. Az kétségtelen, hogy villámáram levezetésekor az összekötő hálózat és a levezető feladatát ellátó vezetőkön – amelyek 3 dimenziós, változó hálóméretekkel jellemezhető rácsot alkotnak – kialakulnak potenciálkülönbségek, és ebből eredően a rács távolabbi pontjait összekötő vezetőkön (pl. egy védővezetőn vagy árnyékoláson keresztül) kiegyenlítő áramok jelennek meg.
Ez a potenciálkülönbség azonban – nyilván a tényleges kialakítási jellemzőktől függően – lényegesen kisebb, mintha diszkrét levezetőkből álló villámvédelmi rendszert kötnénk össze egy ugyancsak diszkrét vezetők alkotta összekötő hálózattal (4. ábra).
4. ábra: Az LPS kialakításának hatása a villámáram levezetésekor fellépő potenciálkülönbségekre. A „hagyományos” kialakítású villámvédelmi rendszer esetében (felül) a villámáram levezetése nagyobb impedanciájú levezetőrendszeren történik, mint a vasbeton pillérvázas épületek esetében (alul), ezért utóbbiaknál lényegesen kisebb potenciálkülönbségek lépnek fel.
A vezetett villámáramok csatolása szempontjából ennél csak az lenne jobb, ha olyan elszigetelt villámvédelmi rendszert lehetne megvalósítani, amelynek földelése is független az építmény földelőrendszerétől – ilyen kialakításnak a csarnokjellegű épületekre jellemző méretekben általában nincs realitása. Emiatt (különleges rendeltetésű építményektől eltekintve) nincs érdemi alternatívája annak, hogy a vasbeton szerkezeti részek vasalása ne csak villámvédelmi levezetőként, hanem az összekötő hálózat részeként is felhasználásra kerüljön.
A levezetőként használt pilléreknek a cikksorozat második részében már bemutatott kialakítása megfelel az ebből fakadó követelményeknek (feltéve természetesen, hogy a pillérek kiállásai a szükséges bekötéseket lehetővé teszik). Kérdés azonban, hogy a vízszintes szerkezetekben (födémek, illetve padlózat) mi tekinthető az összekötő hálózat megfelelő kialakításának. Azokban az esetekben, amelyekben a tetőfödémet trapézlemez alkotja, a felfogórudak egymással történő, illetve a levezető és a trapézlemez korábban bemutatott összekötése (lásd a cikksorozat 1. és 2. részében) elég jó potenciálkiegyenlítést biztosít, így további intézkedésre nincs szükség. Ha a tetőfödém trapézlemez helyett monolit vasbetonból készül, akkor a födémben a statikai célú vasalást villamos célú, 20x20 m-nél nem nagyobb rácsméretű acélhálóval javasolt kiegészíteni. Ennél sűrűbb összekötő háló alkalmazása aligha indokolható, hiszen azt az eleve lényegesen sűrűbb statikai célú vasalással a vezetők mentén legfeljebb 5 m-enként össze kell kötni, és így a potenciálkiegyenlítésben a statikai vasalás is közrejátszik. Az emeletközi födémekben (ha vannak ilyenek) és a talajszinten, a szerelő- vagy aljzatbetonban is ezt a megoldást célszerű alkalmazni, akkor is, ha az építményben felülről lefelé haladva csökken a szintek potenciálkiegyenlítésre gyakorolt hatása – 20x20 m-nél nagyobb rácsméret alkalmazása semmiképp nem javasolható (5. ábra).
5. ábra: Padlóban, vagy födémben kialakított összekötő háló. Az elrendezés szabályai hasonlítanak a földelőhálóéhoz.
Nem szabad megfeledkezni a vízszintes, illetve a függőleges vasbeton szerkezetekbe ágyazott villamos célú vezetők összekötéséről sem (6. ábra).
6. ábra: A villámvédelmi levezető és az emeletközi födémben kialakított potenciálkiegyenlítő háló összekötése.
Érintési és lépésfeszültség elleni védelem
A veszélyes érintési és lépésfeszültség elleni védelmi intézkedések eredetileg részét képezték a régi villámvédelmi szabványnak, az MSZ 274-nek is, de az évek múlásával erről csendesen megfeledkezett a szakma. Ebben nyilván szerepet játszott az a folyamat, ahogy a 2000-es évek elejétől a villámvédelem jogi és műszaki szabályozási környezete változott, és amelyben az eredetileg az MSZ 274 függelékében található instrukció (a levezető 3 m sugarú környezetében a talajfelszín aszfaltozása) eltűnt a szabvány szerepét átvevő OTSZ-ből. Az MSZ EN 62305 szabvány nemcsak felszínre hozta, de fokozott jelentőséget is tulajdonít a veszélyes érintési és lépésfeszültség elleni védelemnek, amely bizonyos esetekben valóban nem hagyható figyelmen kívül. Hangsúlyoznunk kell, hogy „bizonyos esetekben”: a gyakorlat ugyanis azt mutatja, hogy a villámvédelmi szakemberek gyakran félreértik a szabvány erre vonatkozó részeit. A félreértés oka vélhetőleg az, hogy az érintési és lépésfeszültség elleni védelmi intézkedések kissé furcsán ágyazódnak a szabvány 3. részébe, az LPS kialakítására vonatkozó követelmények közé (ld. MSZ EN 62305-3, 8. szakasz), és ez azt az érzést keltheti, hogy az ott leírtakat minden esetben alkalmazni kell. Ez azonban téves értelmezése a szabványnak! Az MSZ EN 62305-ben a védelmi intézkedések alkalmazásának szükségességét – így az érintési és lépésfeszültség elleni védekezés szükségességét is – a kockázatkezelés részeként kell meghatározni.
Következésképp védelmi intézkedések alkalmazására csak akkor van kötelezettség, ha az R1 villámvédelmi kockázatot más módon nem lehet az elfogadható kockázat értéke alá csökkenteni. Ez általában magas, oszlop- vagy toronyszerű építményeknél állhat elő, ahol közvetlen villámcsapás esetén a villámáram földbe vezetése lényegi megosztás nélkül, viszonylag kis keresztmetszeten történik – függetlenül az LPS fokozatától. (Csak mellékesen jegyezzük meg, hogy ez a helyzet elszigetelt villámvédelmi rendszer esetén is fennállhat, amennyiben a villámáram levezetése 1-2 áramúton történik, és a felfogó 20-30 m magasságban van elhelyezve!) Azok a vasbeton pillérvázas épületek, amelyek villámvédelmi felfogója, levezetője és földelője a cikksorozatunk előző részeiben leírtak szerint készül, nem ilyen építmények.
Önmagában a kockázatkezelésből ez persze nem mindig derül ki, a tervezőnek ehhez emlékeznie kell az MSZ EN 62305-2 8.1.b. és 8.2.b. pontjaiban foglaltakra, illetve az MSZ EN 62305-2 B.1. táblázatához fűzött 2. megjegyzésre is: ezek szerint akkor is szükségtelen a veszélyes érintési és lépésfeszültség elleni védelmi intézkedések alkalmazása, ha a felfogóhoz legalább 10 áramút csatlakozik, vagy a villámáram levezetése az építmény kiterjedt, természetes levezetőnek tekinthető fémszerkezetein (lemezburkolat, vasbeton szerkezetek vasalása stb.) történik.
Általánosságban tehát kijelenthető, hogy azoknak a vasbeton pillérvázas épületeknek az esetében, melyek villámvédelmi rendszere a cikksorozatunkban leírtak szerint készül, az érintési és lépésfeszültség elleni védekezésről nem kell külön intézkedésekkel gondoskodni.
