Villanyszerelők Lapja

Villámvédelem

A villámvédelmi rendszer folytonosságának igazolása

2015. szeptember 15. | Kruppa Attila |  4069 | |

Az alábbi tartalom archív, 5 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A villámvédelmi rendszer folytonosságának igazolása

Az MSZ EN 62305-3 szabvány részletes követelményeket fogalmaz meg a villámvédelmi rendszer részeként használt vasbeton szerkezetek folytonosságával és annak vizsgálatával kapcsolatban. Annak jártunk utána, hogy ezek a követelmények mennyire megalapozottak, mennyire várható el teljesítésük a gyakorlatban, és hogy van-e olyan mérési módszer, amellyel a villámvédelmi rendszer egészének állapotáról objektív képet kaphatunk.

A vasbeton szerkezet, mint a villámvédelmi rendszer része

A vasbeton szerkezeteket általában kiterjedt acélváz merevíti, ezért kézenfekvő gondolat, hogy utóbbit – kisebb-nagyobb átalakításokkal, kiegészítésekkel – villámvédelmi célra is felhasználjuk, lényegében természetes villámvédelmi elemekként. E kijelentésünk aligha meglepő, már csak azért is, mert a VL 2015 első félévének lapszámaiban a vasbeton pillérvázas épületek villámvédelmét tárgyalva sok figyelmet szenteltünk az ebbe a körbe tartozó műszaki megoldásoknak. A korábban leírtakat fölösleges ismételnünk, itt elég arra emlékeztetni magunkat, hogy a vasbeton szerkezetek felhasználásával olyan jó „minőségű” villámvédelmi rendszer (LPS) valósítható meg, amellyel egy hagyományosabb kialakítás (pl. falon kívüli levezetőkkel) aligha versenyezhet, és amely a potenciálkiegyenlítésben is jól használható.

A vasbeton szerkezetek e célnak megfelelő kivitelezése kulcsfontosságú, éppen ezért érthető, ha a szabvány hangsúlyozza a megfelelőség ellenőrzését. Erre egyrészt a részleges felülvizsgálat szolgál, melynek során a később eltakarásra kerülő részeken az alkalmazott anyagminőségek, keresztmetszetek, minősített vezetékkötések és egyéb részletek vizsgálata történik meg. Másrészt – és a továbbiakban erre szeretnénk a figyelmünket összpontosítani – a szabvány értelmében méréssel kellene igazolni, hogy a vasbeton szerkezet átmeneti ellenállása az épület legfelső pontja és a talajszint között (1. ábra) nem haladja meg a 0,2 Ohmot.

A folytonosság igazolása az MSZ EN 62305-3 szerinti méréssel. A mérés eredő ellenállást ad, amelyben nemcsak a vasbeton szerkezet, hanem egyéb szerkezetek hatása is benne van. A vasbeton szerkezetek e célnak megfelelő kivitelezése kulcsfontosságú, éppen ezért érthető, ha a szabvány hangsúlyozza a megfelelőség ellenőrzését. Erre egyrészt a részleges felülvizsgálat szolgál, melynek során a később eltakarásra kerülő részeken az alkalmazott anyagminőségek, keresztmetszetek, minősített vezetékkötések és egyéb részletek vizsgálata történik meg. Másrészt – és a továbbiakban erre szeretnénk a figyelmünket összpontosítani – a szabvány értelmében méréssel kellene igazolni, hogy a vasbeton szerkezet átmeneti ellenállása az épület legfelső pontja és a talajszint között (1. ábra) nem haladja meg a 0,2 Ohmot.

 

A folytonosság igazolása szabványos méréssel

A vasbeton szerkezetek (pontosabban az azokon beüli villamos célú vezetők) folytonosságával az MSZ EN 62305-3 4.3. pontja foglalkozik. Itt – kissé zavarosan megfogalmazva, mint ahogy azt a villámvédelmi szabványtól megszokhattuk – azt találjuk, hogy az átmeneti ellenállást „e célra alkalmas” műszerrel kell mérni a „legmagasabb rész és a talajszint” között, és ez az érték nem haladhatja meg a 0,2 Ohmot.

Az E. melléklet E.4.3.1. pontja azzal egészíti ezt ki, hogy a mérést kb. 10 A(!) terhelőárammal kell végezni. Ez bizony elég kemény feltétel, annál is inkább, mert „ha ezt az értéket nem lehet elérni, vagy a vizsgálatot nem lehet elvégezni, akkor a betonvasalást nem szabad […] természetes levezetőként felhasználni”. A szabvány elvárását két szempontból is vizsgálhatjuk:

  • Elvégezhető-e ez a mérés a gyakorlatban?
  • A megkövetelt mérés mennyire ad pontos, megbízható képet a vasbeton szerkezet folytonosságáról?

Ami az elvégezhetőséget illeti, a mérés elvileg kivitelezhető, gyakorlati végrehajtása azonban számos nehézségbe ütközik. Egyrészt a kellő pontosságú méréshez – figyelembe véve azt is, hogy a mérőelektródák csatlakoztatási pontjai között 20-30 méter is lehet – négyvezetékes elrendezést kell alkalmazni. (Csak közbevetőleg jegyezzük meg, hogy a harmadik kiadás tovább szigorítaná a mérés feltételeit, mert azt az építmény átellenes pontjai között kellene elvégezni. Gondoljunk bele, hogy egy nagyobb épület esetében ez több száz méteres távolság is lehet!) Másrészt a 10 A-es terhelőáram olyan nagyságrendű, amely már biztonsági (érintésvédelmi, üzemviteli) kockázatokat is jelenthet.

Tekintve, hogy egy-egy nagyobb építmény esetében az LPS részét képező vasbeton szerkezet nagyon sok ponton kapcsolódhat egyéb vezetőképes szerkezetekhez (építményszerkezetek, épületgépészeti vezetékek, villamos és elektronikus rendszerek), nem életszerű annak elvárása, hogy e szerkezetek kapcsolata bontásra kerüljön. Az a követelmény, hogy a mérést „nagyjából 10 A-rel” kelljen elvégezni, bizonyára a villámvédelmi alkatrészek és elemek vizsgálatára vonatkozó MSZ EN 62561 szabványból ered – csakhogy ott a kötések átmeneti ellenállását laboratóriumi körülmények között mérik, ami mégiscsak más, mintha ugyanezt a terepen kell megtenni…

Ami a mérés információtartalmát illeti, vagyis hogy mennyire ad pontos, megbízható képet a vasbeton szerkezet folytonosságáról, ott sem túl jó a helyzet. A vasbeton és az egyéb vezetőképes szerkezetek számos kapcsolódási pontja és e kapcsolatok bontásának nehézsége miatt bizonytalan, hogy a mérés eredményében milyen súllyal jelenik meg az egyéb szerkezetek hatása. Ez a bizonytalanság a – különböző mérési pontok között elvégzett – mérések számának növelésével sem csökkenthető érdemben. Igaz, a szabvány nem is említi, hogy a vasbeton szerkezetet az egyéb vezetőképes részekről le kellene választani, vagy hogy a mérést több helyen kellene elvégezni.

Felvethető persze, hogy ezt a mérést az építmény szerkezetkész állapotában kelljen elvégezni, tulajdonképp egyfajta részleges felülvizsgálatként, amikor az építmény már áll, de az egyéb vezetőképes részek még nem készültek el, és így a mérést sem befolyásolják. Ez észszerűnek tűnik – de nem az. Elvileg létezhet az építésnek egy olyan fázisa, amelyben ez a mérés a technikai nehézségek ellenére elvégezhető.

Csakhogy ez a fázis az – eltakarás előtt elvégzendő – részleges felülvizsgálat és az LPS elkészülését követő első felülvizsgálat közötti időszakra esik, amikor a felülvizsgálat rendjére vonatkozó szabályozás alapján éppen nincs felülvizsgálati kötelezettség. Nem túlzottan valószínű az sem, hogy egy „nem megfelelő” minősítést követően az LPS teljes átalakításra kerülne, mint ahogy azt a szabvány megkövetelné – már csak azért sem, mert utólag, a mérést befolyásoló tényezők miatt igen nehéz lenne bizonyítani, hogy szerkezetkész állapotban a felülvizsgálónak 0,2 Ohmnál nagyobb értéket kellett mérnie. Összességében tehát annyit állapíthatunk meg, hogy a szabvány által megkövetelt mérés nehézkes, de legalább nem mond semmit a vasbeton szerkezet tényleges folytonosságáról.

Természetes villámvédelmi elem vagy sem?

A folytonosság szabványos mérésének problémája már az MSZ EN 62305 első kiadásának megjelenésekor felvetődött. Nem véletlen, hogy a Magyar Elektrotechnikai Egyesület 2009-ben megjelent Villámvédelem 2009 jegyzete felhívja a figyelmet arra, hogy a folytonosság mérése nem indokolt, ha a vasbeton szerkezet vasalását olyan villámvédelmi célú vezetőkkel egészítették ki, amelyek megfelelősége, folytonossága a részleges felülvizsgálat során szemrevételezéssel is jól ellenőrizhető:

„Ha az épület előregyártott vasbeton elemekből készült, és a levezető több ilyen elem függőleges irányú összekapcsolásával jön létre, akkor a vasbeton szerkezet csak akkor alkalmas levezető céljára, ha az ilyen kialakítású levezető-szakasz legfelső és legalsó pontja közötti ellenállás kisebb, mint 0,2 Ohm. Ugyanez a feltétel vonatkozik arra az esetre, amikor a vasbeton szerkezet csúszózsaluzással készül, és a levezetőt az eredetileg statikai célokat szolgáló acélbetétek folytonossá tételével biztosítják. Szükségtelen azonban a mérést elvégezni akkor, ha a csúszózsaluzással készült vasbeton szerkezetben a levezetőt a statikai célú acélbetétektől jól láthatóan elkülöníthető vezető (pl. sima felületű horganyzott kör- vagy szalagacél) alkotja.”

A kialakult hazai gyakorlat szerint a vasbeton szerkezetekben – akár előregyártott pillérekről, akár monolit szerkezetekről van szó – villamos célra horganyzott acélhuzalt vagy -szalagot szokás használni. Ezek a statikai acélbetétektől jól megkülönböztethetők, ezért nemcsak felülvizsgálatuk egyszerűbb, hanem szakszerű kivitelezésük is nagyobb eséllyel történik meg. Az így létesülő vasbeton szerkezet – kifejezetten a folytonosságmérés követelményének szempontjából – nem minősül a villámvédelmi rendszer természetes elemének, ezért – legalábbis a szabvány szó szerinti értelmezésében, mivel az csak „természetes” elemekként felhasznált vasbeton szerkezetekre vonatkozik – a folytonosság követelménye sem vonatkozik rá.

Na de mégis, valamit mérni kéne…

Akárhogy csűrjük-csavarjuk a dolgot, azt azért mindenki érzi, hogy a vasbeton szerkezet megfelelő kivitelezésére oda kell figyelni, ha villámvédelmi célra akarjuk felhasználni. Ennek a figyelemnek a meghatározó eleme a részleges felülvizsgálat: amennyiben a kivitelező rendszeresen elvégeztette, és az esetleges hiányosságokat, hibákat kijavította, akkor a villámvédelmi rendszer egésze akkor is működőképes lesz, ha néhány helyen esetleg maradt észrevétlen hiba. Amint azt már említettük, ezek feltárására a szabványban leírt mérési módszer gyakorlatilag alkalmatlan, következésképp csak azért erőltetni egy ilyen mérést, mert a szabvány megköveteli, nem tűnik észszerűnek. Kérdés, hogy ebben a helyzetben mi lenne a szakmailag (úgy értve: fizikai alapokon) elvárható megoldás?

Jelen sorok szerzőjének véleménye szerint a villámvédelmi rendszer állapotának figyelemmel kísérésére – tehát nem csak a vasbeton szerkezetek folytonosságának mérésére! – a lakatfogós mérések (lásd keretes írás) lényegesen jobban alkalmazhatók, mint az említett szabványos mérések. Ezért a továbbiakban tekintsük át röviden, milyen előnyöket jelentene egy ilyen mérés.

Vezetőhurkok ellenállásának mérése lakatfogós műszerrel

Előre kell bocsátanunk, hogy a lakatfogós méréssel teljesen mást mérünk, mint amit a szabvány jelenleg megkövetel. A szabványos méréssel két pont között az átmeneti ellenállást tudjuk mérni, a lakatfogós műszerrel pedig egy vezetékhurok ellenállását (2. ábra). A mérések között abban a tekintetben látszólag nincs különbség, hogy mindkettő eredő ellenállást határoz meg, amelyben az LPS – és egyéb vezetőképes szerkezetek – hatása együtt jelenik meg. A lakatfogós mérésnek azonban előnye, hogy – amennyiben az LPS-t alkotó vezetők hálószerűen kapcsolódnak össze – a mért ellenállást legnagyobb súllyal az a vezetékszakasz (beleértve a vezetékszakasz két végén lévő kötési pontokat is) határozza meg, amelyen a mérés történik. A mért érték – attól függően, hogy milyen az LPS kialakítása – nagyobb lesz, mint a vezetékszakasz tényleges ellenállása, hiszen a mérés szempontjából a vezetékszakasz az LPS többi részével sorba van kapcsolva. Ennek azonban nincs érdemi jelentősége, hiszen a mérés „a biztonság irányába téved” (ellentétben a szabványban leírt mérési módszerrel). A mért értékek nyilvánvalóan magasabbak lesznek, mintha 10 A terhelőárammal mérnénk, hiszen a lakatfogós mérés során több nagyságrenddel kisebb mérőáramot hajtunk keresztül a vezetékhurkon. Ez azonban csak annyit jelent, hogy a lakatfogós mérésre nem vonatkoztatható a szabvány által megkövetelt 0,2 Ohmos határérték, elvi megfontolások és tapasztalatok alapján egy 5-10 Ohmos határérték közelebb állhat a realitáshoz. Ezek után nézzük meg, mire is használhatnánk a lakatfogós mérések eredményeit a villámvédelem felülvizsgálatának részeként.

A szabványos és a lakatfogós mérés elvi összehasonlítása. (1. Szabványos mérés, 2. lakatfogós mérés)

Ez sem csodaszer, de…

A folytonosság lakatfogós mérésével szemben megemlíthető az a kifogás, hogy csak olyan esetben és az LPS-nek csak olyan részén alkalmazható, ahol a vezetők hurkot alkotnak, és ahol a vezetők a mérés szempontjából hozzáférhetők. Ez kétségtelenül igaz. Az MSZ EN 62305 szabvány szerint azonban – eltekintve a felfogórudak rövid „bekötővezetékeitől” és a speciálisan anyagokból kialakított elszigetelt villámvédelmi rendszerektől – az LPS vezetőinek szinte mindig hurkot kell alkotniuk, hiszen a felfogótól a földelőig legalább két áramutat kell létesíteni, és a felfogókat a tetőn, a földelőket pedig a talajszinten össze kell kötni egymással.

Az sem jelent problémát, hogy az LPS minden részén – és ide tartoznak a vasbeton szerkezetek is – nem végezhető el a lakatfogós mérés, hiszen ezekhez nem lehet hozzáférni: mivel ezek a vasbeton szerkezetek általában több helyen kapcsolódnak az LPS különböző részeihez és egyéb vezetőképes részekhez is, a bekötési pontok csatlakozóvezetékei mérhetők, és az így kapott ellenállás értékek a vasbeton szerkezet folytonosságát jól reprezentálják (3. ábra). Összességében tehát nem hogy nem rosszabb, de valamivel talán jobb (informatívabb) is a lakatfogós mérés, mint a szabványos mérés. Gyakorlati szempontból azonban ég és föld a különbség: a mérés gyorsabban, könnyebben elvégezhető, a hibahelyek (rossz kötések, folytonossági hiányosságok) jobban azonosíthatók. Ehhez persze kellően sok helyen kell(ene) mérést végezni a villámvédelmi rendszeren. Az sem mellékes talán, hogy a mérés az LPS megbontása, biztonsági kockázatok nélkül végezhető, és hogy a méréseket az időszakos felülvizsgálatok során elvégezve jobb (egzaktabb) képet lehet kapni az LPS általános állapotáról, korróziójának mértékéről.

Na de akkor mit és hogyan is mérjünk?

A villámvédelemben általános problémaként jelenik meg, hogy a terepi körülmények között mérhető jellemzők – a földelő szétterjedési ellenállása és az LPS egyes részeinek átmeneti ellenállása – csak nagyon áttételes információt adnak az LPS „minőségéről”, állapotáról. Nemcsak azért, mert e mérésekkel az ohmos ellenállást mérjük a villámvédelmi szempontból sokkal lényegesebb impedancia helyett, hanem azért is, mert a mért értékek rosszul korrelálnak a valós állapottal.

Így például kiterjedt, folytonos fémszerkezetek olyan érintkezési pontjai miatt, ahol a szerkezeteket vékony szigetelőréteg (pl. festék) választja el egymástól, a fémszerkezet átmeneti ellenállása nagyon nagy is lehet, annak ellenére, hogy ez a szigetelőréteg a villámáram levezetése szempontjából nem bír érdemi jelentőséggel. Vagy éppenséggel fordítva, például egy hegesztéssel folytonossá tett acélhuzal nagyon csekély átmeneti ellenállást mutathat akkor is, ha felülete már olyan mértékben korrodálódott, hogy az áram vezetése a szabványos keresztmetszetnél jóval kisebb keresztmetszeten történik. El kell fogadnunk, hogy nehéz olyan mérési eljárást találni, amely nemcsak hogy informatív, de elvégezhető is. Ami a szabvány által a vasbeton szerkezetek folytonosságának mérésére támasztott követelményeket illeti, azok – amint arra igyekeztünk rámutatni – semmilyen szempontból nem tűnnek célravezetőnek. Különösen az említett lakatfogós mérés tükrében. Utóbbi ugyanis – korlátai ellenére – alkalmas arra, hogy az időszakos felülvizsgálat részeként is képet alkothassunk az LPS állapotáról, és feltárjuk a nagyobb hibák helyét.

Ennek ellenére senkit nem akarunk lebeszélni a szabványos mérés elvégzéséről, mint ahogy a lakatfogós mérés elvégzése mellett sem akarunk kardoskodni. Csupán arra akartunk rámutatni, hogy a szabvány továbbra is sok olyan követelményt tartalmaz, melyek teljesítése nemhogy nem életszerű, de amelyeknek lényegi jelentőség sem tulajdonítható.

Ez a tény nemcsak azért sajnálatos, mert a szabvány ilyen jellegű hibáinak kijavítása a második kiadásban nem történt meg (és a jelek szerint a készülő harmadikban sem fog), hanem mert erodálja a szabványok tekintélyét.

Folytonossági mérések eredményei

Annak érdekében, hogy valamilyen képet kapjunk arról, hogy lakatfogós méréssel a különböző korú és jellegű meglévő villámvédelmi rendszerek esetében lehet-e információt nyerni az LPS állapotáról, néhány épületen végeztünk próbaméréseket.

A jellemzően nagyobb méretű (kb. 2000-10 000 m²-es) épületek között volt norma szerinti és nem norma szerinti villámvédelemmel rendelkező is. Általánosságban elmondható, hogy a legfeljebb 30-40 éves villámvédelmi rendszerek mindegyike jó állapotban volt, rendszeres karbantartásuk megtörtént – ebben az értelemben tehát nem biztos, hogy jól reprezentálják a hazai épületállomány villámvédelmét. A mérések épületenként 10-20 helyen történtek, nagyjából egyenletes eloszlásban olyan helyeken, amelyeken feltételezhető volt, hogy a mérési eredményekből érdemi következtetés vonható le, és ahol a mérés elvégzése (a hozzáférhetőség révén) lehetséges volt. Az 1. táblázatban összefoglalt mérési eredmények alapján az alábbi megállapításokat tehetjük:

  • A mért ellenállási értékek szinte mindegyike nagyobb, mint a szabványban meghatározott 0,2 Ohm. (Ezen nem csodálkozhatunk, hiszen mást és másképp mértünk, mint ami a szabványban meg van adva.)
  • A mért értékek valamennyire tükrözik a villámvédelmi rendszer korát, korróziójának mértékét, de az elvégzett mérések alapján nem vonható le olyan következtetés, hogy a folytonosság megfelelősége valamilyen értékhez köthető-e.
  • A helyenként mért kiugró értékek arra utalnak, hogy a módszerrel hibahelyeket lehet azonosítani.
    Az elvégzett mérések összességében arra mutatnak rá, hogy a lakatfogós mérések elsősorban a hibahelyek feltárásához nyújthatnak segítséget. Nem kizárt, hogy megállapítható lenne olyan (5-10 Ohm) körüli határérték, amelyhez egyértelműen kötni lehetne a villámvédelmi rendszer folytonosságának megfelelőségét. Ehhez persze lényegesen több mérési tapasztalatra lenne szükség, és arra, hogy a mérési módszer létjogosultságát a villámvédelmi szabvány is elismerje.

Különböző korú és jellegű villámvédelmi rendszerek lakatfogós mérésének eredményei

Épület leírása Villámvédelem (LPS) leírása Villámvédelem (LPS) kora Mérés helye Mért érték
Feltételezhetően a ’70-es vagy ’80-as években hagyományos szerkezettel épült raktárépület, kb. 400 m² A jelenlegi villámvédelem vélhetőleg az épülettel egyidős, hagyományos kialakítás. A hegesztett felfogó és levezető felülete erősen korrodált, a szondákról nincs információ. kb. 35 év Földelőhöz csatlakozó levezetőkön, a vizsgáló összekötő magasságában. 1-2 Ω, de egy helyen méréshatár feletti érték mérhető.
Feltételezhetően a  ’80-as években, előregyártott vasbeton szerkezetekből épült, kb. 8000 m²-es csarnok. A jelenlegi villámvédelem 1997-ben létesült. A felfogórudakat a tetőn horganyzott acélhuzalból készült háló köti össze, az alu sodrony levezetők a csarnok kerülete mentén egyenletesen, kb. 20 m-enként vannak elhelyezve. Az egyedi földelőszondák egymással a talajszinten (aszfaltba vésve) többnyire össze vannak kötve. kb. 17 év Földelőhöz csatlakozó levezetőkön, a vizsgáló összekötő magasságában.

Felfogókat összekötő háló vezetőin.
1-2 Ω, kiugró érték nem volt mérhető

1,5-2 Ω, kiugró érték nem volt mérhető
Feltételezhetően a ’70-es években hagyományos szerkezettel épült kétszintes épület, kb. 2000 m² A jelenlegi villámvédelem 2012-ben létesült norma szerint. A természetes levezetőként is szolgáló korcolt lemeztető az épület kerülete mentén kb. 20 m-enként falon kívüli levezetőkkel csatlakozik az egymással a talajszint alatt összekötött földelőszondákra. kb. 3 év Földelőhöz csatlakozó levezetőkön, a vizsgáló összekötő magasságában. 1-2 Ω,
egy helyen 17 Ω
2012-ben épített vasbeton pillérvázas csarnok trapézlemez födémmel és homlokzattal, kb. 10000 m² A villámvédelem norma szerinti. A felfogórudakat alumínium huzalok kötik össze kb. 20 x 20-as raszterben, amely a pillérek részeként kialakított levezetőkön keresztül csatlakozik a talajba ágyazott, kb. 20 x 20-as raszterű földelőhálóhoz.   Felfogó(háló) csatlakozása a vasbeton pillérekre, a tetőn kívül


A felfogókat összekötő háló vezetőin


A felfogókat összekötő háló és a homlokzati lemezburkolat összekötésein
0,1-0,3 Ω,
kiugró érték sehol nem volt mérhető

0,4-0,6 Ω,
kiugró érték sehol nem volt mérhető

0,2-0,4 Ω,
kiugró érték sehol nem volt mérhető
Feltételezhetően a ’80-as években, vegyes szerkezeti megoldásokkal (acél pillérek, hagyományos falazás stb.) épült, kb. 3000 m²-es földszintes épület és műhelycsarnok. Az épület 2014-ben felújításra és átalakításra került, részben homlokzati lemezburkolatot kapott, amely természetes levezetőként is szolgál.     Földelőhöz csatlakozó levezetőkön, a vizsgáló összekötő magasságában

A felfogókat összekötő háló vezetőin

A felfogókat összekötő háló és a homlokzati lemezburkolat összekötésein.
0,4-0,6 Ω




0,2-0,4 Ω



0,2-0,4 Ω

Lakatfogó


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

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem