Figylem! Ez a cikk 6 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Egyre gyakrabban találkozhatunk olyan elszigetelt villámvédelmi rendszerrel, amelyet speciális szigetelt vezeték felhasználásával alakítanak ki. E rendszerek létesítésének és felülvizsgálatának meglehetősen összetett és első pillantásra talán furcsa szabályai vannak – cikkünkben ezeket tekintjük át röviden, bemutatva a szabályrendszer hátterében meghúzódó fizikai jelenségeket, és azt is, hogy e műszaki megoldás hogyan hat a gyakorlatra.
Elszigetelt villámvédelem – nagyobb üzembiztonság
Egy építményt érő villámcsapáskor a villamos és elektronikus rendszerekben megjelenő, vezetett rész-villámáram a rendszerek meghibásodásához, rosszabb esetben tűz keletkezéséhez vezet. Érthető tehát az a törekvés, hogy amennyiben lehetséges, ne tegyük ki azokat jelentős villámáram-hatásnak. Különösen így van ez, ha a meghibásodás olyan technológiai rendszereket érinthet, melyek üzembiztonsága gazdasági vagy egyéb szempontból kulcsfontosságú. Ez a törekvés – karöltve azzal, hogy életünk egyre több területén egyre fontosabb szerepet töltenek be az elektronikus rendszerek – vezetett az elszigetelt villámvédelmi rendszerek létesítése iránti növekvő érdeklődéshez.
Egy nagy alapterületű üzemcsarnok tetején elhelyezett gépészeti berendezések védelme elszigetelt villámvédelmi rendszerrel.
Az elszigetelt villámvédelem 15-20 éve még gyakorlatilag egyet jelentett a védeni kívánt építménytől teljesen független felfogóoszlopokkal. Az utóbbi évek fejlesztéseinek köszönhetően az elszigetelt villámvédelmi rendszer mára a védeni kívánt építményen is kialakíthatóvá vált: a korszerű, kúszókisülés-mentes szigetelt vezetékekkel (lásd a keretes írást) olyan helyzetekben is lehetőség nyílt létesítésére, ahol a tetőn elhelyezett gépészeti és egyéb berendezések, vagy a villámvédelmi biztonsági távolság betartása miatt korábban ez nem volt lehetséges. Mégis, miközben igaz, hogy az elszigetelt villámvédelem ilyen módon történő megvalósítása javítja a közvetlen villámcsapások hatásával szembeni védelmet, gyakran elfeledkezünk arról, hogy az új technika sem csodaszer. Alkalmazásának sok szabálya, feltétele van, melyek figyelmen kívül hagyása fölös pénzkidobáshoz vezethet.
1. ábra. A szigetelt vezeték végének kialakítása. A vezetékvégek környezetében – amely a biztonsági távolsággal azonos sugarú, és kétszer ilyen hosszú hengeres térrész – semmilyen fémrész nem lehet. Ha a szigetelt vezeték alsó vége olyan helyen csatlakozik az LPS-re, ahol – mint az ábrán – a biztonsági távolság nullának tekinthető, akkor a vezeték alsó végénél nincs ilyen korlátozás.
Szigetelt vezetékek
Az elszigetelt LPS kialakításához használt szigetelt vezetékek egyrészt azért különlegesek, mert nyilvánvalóan nem egy közönséges szigetelés az, amely átütés nélkül elviseli a villámáram levezetésekor a vezetéken fellépő, akár 1 millió voltos feszültségnövekedést. Másrészt azért is, mert szerkezeti kialakításuk és alkalmazási technikájuk révén megakadályozzák a kúszókisülések keletkezését. Hiába ugyanis a jó szigetelés, ha a vezeték felületén kúszókisülés alakulhat ki, amelynek következtében a villámáram jelentős része nem a vezetéken belül, hanem azon kívül folyik majd.
Kúszókisülés azért jöhet létre, mert a villámáram megjelenésekor a vezető ér körül kialakuló villamos térerősség erővonalai a vezeték végénél (ahol a vezető érről „elfogy” a szigetelés) a szigetelés felületével párhuzamosak (2. ábra), és ez a felület mentén a villamos szilárdság letöréséhez, helyi átütés bekövetkezéséhez vezet. Ez a folyamat a vezeték végétől indul, és egyfajta láncreakcióként fut végig annak felületén, a vezeték teljes hosszán. A kúszókisülés megelőzésére többféle megoldás létezik, ezek közül a villámvédelemben használt szigetelt vezetékeknél az ún. kapacitív-rezisztív térvezérlés alkalmazása jellemző. Ennek lényege, hogy a vezeték külső felülete (köpenye) nem szigetelőanyagból, hanem gyengén vezetőképes műanyagból készül. A vezeték végénél fémesen összekötve a vezető eret és a köpenyt, valamint a vezeték végétől adott távolságban földelve a köpenyt a vezetékvég környezetében úgy alakíthatóak a villamos tér erővonalai, hogy ne következzen be kúszókisülés. Ez teszi tehát szükségessé a szigetelt vezetékek különleges felépítését, és egyben magyarázza, hogy a szigetelt vezetékek felhasználásának miért vannak speciális szabályai.
2. ábra. Normál és kúszókisülés-mentes szigetelt vezeték összehasonlítása. Villámáram levezetésekor az egyszerű szigeteléssel rendelkező vezetéken (balra) kúszókisülés jelentkezik. A villámvédelemben alkalmazott speciális felépítésű vezetéken (jobbra) a vezetékvég környezetében kialakított térvezérlésnek köszönhetően ez nem alakul ki, a villámáram vezetése a vezetéken belül történik.
A szigetelt vezeték legfontosabb műszaki adata természetesen a szigetelőképessége. Ezt azonban nem feszültségértékkel, hanem az ún. egyenértékű biztonsági távolsággal (se) adják meg, amely azt mutatja meg, hogy a vezeték szigetelése milyen nagyságú légközzel, azaz levegőben mért távolsággal tekinthető azonosnak. Mivel villámvédelemben a biztonsági távolság számításával győződünk meg arról, hogy az LPS egy adott pontjánál bekövetkezhet-e átütés a közelben elhelyezkedő szerkezetek felé, ilyen módon könnyen eldönthető, hogy az adott helyen a szigetelt vezeték szigetelőképessége megfelelő-e az átütés megakadályozására.
A tisztánlátás érdekében említsük meg, hogy az elszigetelt villámvédelem kialakításához használható szigetelt (kúszókésülés-mentes) vezetéket nem szabad összekeverni a korrózióvédelmi célú szigeteléssel ellátott vezetékekkel. Utóbbiak vékony, 1-2 mm-es szigetelése érdemi villamos szilárdsággal nem rendelkezik, így alkalmazásukra – a biztonsági távolság szempontjából – ugyanazok a szabályok vonatkoznak, mint a közönséges acél- vagy alumíniumhuzalokra.
Az alkalmazás feltételei, szabályai
A szigetelt vezetékek alkalmazásának feltétel- és szabályrendszere meglehetősen összetett, amely ráadásul gyártmánytól is függ. Ennek részletes ismertetése meghaladná e cikk kereteit, és nem is szolgálná érdemben mondanivalónkat, ezért a következőkben csupán a leglényegesebb, a különböző gyártók termékeire – kisebb eltérésekkel – általánosságban is vonatkozó elemeket ragadjuk ki abból.
A szabályokat döntően a szigetelt vezeték műszaki paraméterei és sajátosságai határozzák meg. Az alkalmazhatóság egyik alapfeltétele, hogy a szigetelt vezeték a villámvédelmi rendszernek csak azon részein használható, ahol a biztonsági távolság kisebb, mint a vezeték ún. se egyenértékű biztonsági távolsága. Tekintve, hogy a jelenleg piacon lévő termékeknél ez 0,45–0,9 m közötti érték, a felhasználás lehetősége nem korlátlan. Egyaránt ismernünk kell tehát a vezeték e műszaki jellemzőjét és azt, hogy a vezeték beépítési helyén mekkora a biztonsági távolság. Mégis, a szabályok legszembetűnőbb eleme nem ez, hanem a villámvédelmi felfogó és a szigetelt vezeték csatlakozásának kialakítására vonatkozó követelmény. Jóllehet a szigetelt vezeték végének speciális kialakítása nagyrészt biztosítja, hogy a villámáram vezetése a szigetelt vezetéken belül történjen, gondoskodnunk kell arról, hogy a térvezérlést (bővebben a keretes írásban) külső tényezők ne befolyásolhassák. Ezért a vezetékvég meghatározott környezetében vezetőképes anyagoknak nem szabad lenniük. Ennek következménye, hogy – bár egy közönséges felfogórúdhoz vagy felfogóhálóhoz csatlakoztathatnánk – a szigetelt vezeték „felül” általában olyan speciális felfogórúdban végződik, amely segíti a térvezérlés követelményeinek betartását. (Ez a felfogórúd valójában három részből áll: legfelül egy közönséges felfogó, középen egy üvegszál erősítésű műanyagból készült cső, alul pedig egy fém tartócső.)
A felfogórúdból „kilógó” szigetelt vezetékkel viszonylag kevés gond van. Akár közvetlenül is érintkezhet vezetőképes fémszerkezetekkel, hiszen a vezeték e szakasza a hétköznapi fogalmaink szerint is szigetelt. Ügyelni kell azonban arra, hogy a szigetelt vezeték hosszúsága nem lehet tetszőlegesen nagy: az egyre hosszabb vezetéken vezetve a villámáramot egyre nagyobb feszültség lép fel a vezeték felső (felfogó felőli) végén, és ennek megfelelően a biztonsági távolság is növekszik. Mivel a biztonsági távolság nem növekedhet a szigetelt vezeték se értéke fölé, a vezeték maximális hosszúsága – a villámvédelem fokozatától is függően – 10-20 m körüli lehet. (Léteznek ugyan módszerek, amelyekkel ez a hosszúság kb. a duplájára növelhető, de ezek gyakorlati alkalmazhatósága műszaki és gazdasági szempontból egyaránt korlátozott.) Hasonlóan a villámvédelemben használt normál vezetőkhöz, a szigetelt vezetéket is rögzíteni kell a nyomvonal mentén. Az ehhez használható termékek csak annyiban „különlegesek”, hogy alkalmasnak kell lenniük a 20 mm körüli átmérőjű szigetelt vezeték befogadására anélkül, hogy a vezeték felületének sérülését okoznák. Mivel a szigetelt vezeték külső köpenye jelentős szerepet játszik a kúszókisülések megelőzésében, sérülésmentes állapota kulcsfontosságú, ezért érthető, hogy a különböző gyártók a saját kínálatuk részét képező vezetéktartók használatát követelik meg. A vezeték rögzítésére szolgáló termékek egyfajta sajátos kombinációját adják a kábelbilincseknek és a szokásos villámvédelmi rögzítő elemeknek, lehetővé téve a nyomvonal oldalfalon, lapostetőn, cserép- vagy lemezfedésű magastetőn vezetését.
A szigetelt vezeték „alsó”, földelő felőli végénél ugyanúgy be kell tartani a térvezérlésre vonatkozó szabályokat, mint a felső végén. Mivel azonban törekszünk arra, hogy a szigetelt vezeték alsó vége az LPS olyan részén legyen, ahol az s biztonsági távolság nulla, a szigetelt vezeték alsó csatlakozása többnyire egy közönséges vezetékcsatlakozáshoz hasonlít.
A szabályrendszer hatása a létesítésre és felülvizsgálatra
Az előbbiekben rövid áttekintést adtunk az elszigetelt vezeték felhasználásának szabályairól. A leírtak lényege azonban nem a – gyártónként amúgy is kissé különböző – szabályok tételes bemutatása, hanem annak érzékeltetése, hogy a szigetelt vezetékek felhasználásával kialakított elszigetelt villámvédelmi rendszerek tervezése nagyobb szakmai kihívás, mint azt sokan gondolják. Ahhoz ugyanis, hogy szakszerű tervek szülessenek, részletes és pontos adatszolgáltatás szükséges. Adott esetben például nagyon nem mindegy (a szigetelt vezeték megengedett maximális hosszúsága miatt), hogy a szigetelt vezetéket milyen nyomvonalon lehet fektetni, és ennek következtében milyen hosszú vezetékét kell majd felhasználni. Következésképp a helyszínen a kivitelezőnek a megszokottnál is kisebb a lehetősége az eltérésekre: nem árt, ha beható ismeretekkel rendelkezik a felhasználni kívánt szerelési anyagokról, és tudatában van annak, hogy mikor szükséges a terv módosítását kérnie. Arra sem árt odafigyelnie, hogy a szigetelt vezetékek toldása, egyes szakaszainak cseréje egyszerű formában nem oldható meg. Ebből fakadóan a kivitelezés során elkövetett hibák (rövidre szabott vezeték, helytelen vagy rosszul alkalmazott technológia és/vagy anyaghasználat stb.) javítása meglehetősen költségigényes is lehet.
Az elszigetelt villámvédelem természetesen a felülvizsgálótól is a szokásosnál nagyobb felkészültséget kíván. A különböző szigetelt vezetékek kivitelezési technológiája még egy gyártón belül is mutat eltéréseket, ezért a felülvizsgálónak tudnia kell, hogy mely gyártó, mely termékével kialakított rendszer felülvizsgálata történik, és értelemszerűen tisztában kell lennie az adott termékre vonatkozó kivitelezési részletszabályokkal is. Ez azonban még kevés. Tervek hiányában a megfelelőség gyakorlatilag értékelhetetlen, hiszen annak kell rögzítenie a felfogók és a (szigetelt) levezetők helyét, nyomvonalát is. Ezek nélkül az információk nélkül a felülvizsgáló egész egyszerűen nincs abban a helyzetben, hogy dönthessen a megfelelőségről.
Összefoglalás
Hajlamosak vagyunk azt gondolni, hogy a szigetelt vezetékek pofonegyszerű megoldást adnak a biztonsági távolság betartásából eredő problémáinkra: mindössze annyit kell tennünk, hogy a megszokott alumínium- vagy acélhuzalt lecseréljük egy robusztusabb vezetékre. A cikkben leírtak azonban rámutatnak arra, hogy a szigetelt, kúszókisülés-mentes vezetékek helyes alkalmazásának számos feltétele van, amelyet a tervezés és kivitelezés során be kell tartanunk ahhoz, hogy valóban működőképes rendszert kapjunk. Ezeknek a szabályoknak a leglényegesebb gyakorlati következménye az, hogy az elszigetelt villámvédelem létesítése a folyamat minden szereplőjétől – a tervezőtől a kivitelezőn át a felülvizsgálóig – nagyobb felkészültséget és precízebb munkát vár el.
