Az alábbi tartalom archív. Az esetleges hiányosságokat (képek, táblázatok stb.) kollégáink folyamatosan pótolják!

Túlfeszültség-védelem

Túlfeszültség-védelem
A villámcsapás ellen való védekezés alapvetően villanyszerelői feladat, de manapság, amikor az épületgépészet és villanyszerelés határai egyre jobban elmosódnak, nem árt ha ejtünk néhány szót róla, különösen annak fényében, hogy pl. gépészeti, klímatechnikai berendezések védelméről is szó esik. A minap azt olvastam valahol, hogy "az elmélet és a gyakorlat elméletben ugyanaz, csak a gyakorlatban különbözik". A szerzőre sajnos nem emlékszem, pedig megérdemelné. A túlfeszültség-védelmet témájául választó írásomban ezt a frappáns mondást szem előtt tartva igyekszem majd bemutatni a védelem tervezésének és kivitelezésének gyakorlati szempontjait.

Családi házak védelme
A védelem kialakításának az első lépcsője annak felmérése, hogy mekkora a követlen villámcsapás veszélye, illetve közeli villámcsapás esetén milyen nagyságú villámáram megjelenésével kell számolnunk. Ennek folyamán azt határozzuk meg, hogy a túlfeszültség-védelmi rendszert milyen villámáram-impulzusra célszerű méretezni. Az eredményeket családi házaknál nem kell számszerűsíteni, általában elegendő a kicsi-nagy fogalmakkal dolgoznunk. Számszerű méretezésre is van lehetőség az MSZ IEC 1312-1 révén -, ahol lehet, megadunk majd olyan méretezési értékeket, amelyek az esetek nagy részében irányadóak lehetnek. A felmérés folyamán olyan kérdéseket kell feltennünk, amelyeknek egy részével külső villámvédelem kapcsán is találkozhatunk:

Az épület zárt beépítésű környezetben helyezkedik el vagy különálló?

A környezet jelentős mértékben befolyásolja, hogy az épület milyen valószínűséggel kaphat közvetlen villámcsapást. A zárt beépítésű környezet, ahol az épületeket több oldalról is hasonló jellegű épületek veszik körbe, egy-egy épület szempontjából a közvetlen villámcsapás veszélyét csökkenti. Az építési magasságok nem különböznek jelentősen, és nincs olyan, az átlagmagasságból kiemelkedő tereptárgy (pl. templomtorony) sem, amely jelentősen befolyásolná a közvetlen villámcsapás valószínűségét. A zárt beépítésnek az is előnye, hogy ilyenkor az (akár erősáramú, akár távközlési jellegű) hálózatra sok közeli fogyasztó csatlakozik, és így a villámáram közvetlen villámcsapás esetén is gyorsan megoszlik a csatlakozási pontok között. Ezeknél a házaknál elfogadható a túlfeszültség-védelem 30-40 kA levezetésére történő tervezése (ami természetesen 10/350 μs-os villámimpulzusra értendő). Kiemelkedő tereptárgyak közelében a közvetlen villámcsapás veszélye megnő, és a hálózatot érő villámimpulzus is nagyobb értékűnek feltételezhető, ami miatt nagyobb levezető-képességre kell méretezni a védelmi rendszert. Ugyanígy kell eljárni akkor is, ha különálló épületről van szó.

Rendelkezik-e az épület külső villámvédelemmel?
Külső villámvédelmet tűz- és vagyonvédelmi szempontok alapján telepítünk a BM 2/2002. rendeletnek, illetve az MSZ 274 szabványnak megfelelően. A rendelet alapján családiház-jellegű épületekre sem a külső villámvédelem, sem pedig a túlfeszültség-védelem kiépítése nem kötelező. Ha azonban az épület rendelkezik villámhárítóval, azt tudni kell, hogy a külső villámvédelem megléte nem biztosít egyúttal túlfeszültség-védelmet is.

A külső villámvédelmet kötelező fémesen csatlakoztatni az épület elektromos hálózatához (a fő földelőkapcson, illetve -sínen keresztül), ami azzal a következménnyel jár, hogy közvetlen villámcsapáskor a villámáram jelentős része megjelenik az épület elektromos hálózatának egyes részein. Ez általában a vezetékek és a hozzájuk csatlakozó berendezések károsodásával jár, rosszabb esetben tűz is keletkezhet. Ezért ha az épület rendelkezik villámhárítóval, akkor célszerű (de ilyenkor sem kötelező!) túlfeszültség-védelem kiépítéséről külön (de a külső villámvédelemmel összhangban) gondoskodni. Külső villámvédelem megléte esetén célszerű a túlfeszültség-védelmet úgy méretezni, hogy legalább 50 kA villámimpulzust képes legyen levezetni.

Milyen a közcélú elosztóhálózat kialakítása?
A légvezetékes elosztóhálózati csatlakozás veszélyt növelő tényezőnek számít. Ez a hatás zárt beépítés mellett általában elhanyagolható, részben azért, mert az elosztóhálózat ritkán emelkedik ki a környezetből, részben pedig azért, mert a hálózatot érő villámcsapás árama a fogyasztói csatlakozási pontokon megoszlik. Azonban olyan esetekben, ahol a légvezetékes (0,4 kV-os) szakasz hosszú, és ráadásul kevés fogyasztó csatlakozik (pl. tanya-jellegű épületek, különálló ingatlan dombtetőn stb.), mindenképp szükséges a nagy levezető-képességű B-fokozatok alkalmazása amiatt is, mivel ezek az épületek közvetlen villámcsapás szempontjából is veszélyeztetettek. A méretezésben itt is 50 kA a javasolható érték.

Az elosztóhálózat kialakítását egy másik szempontból is figyelembe kell venni: az áramszolgáltatói transzformátor teljesítményétől és távolságától függően a B-fokozat beépítésének helyén változó a független zárlati áram nagysága. Ezt a paramétert ott lényeges figyelemmel kísérni, ahol szikraközök kerülnek beépítésre a transzformátorok 50-70 m-es körzetében. Ilyenkor a túlfeszültség-levezetőnek alkalmasnak kell lennie a levezetéskor fellépő utánfolyó zárlati áram megszakítására. Ez automatikusan nem mindig teljesül, mert a szikraközös B-fokozatú túlfeszültség-levezetők egy része 5 kA alatti zárlati árammegszakító képességgel rendelkezik (ne tévesszük össze a villámáram-levezetőképességet a zárlatiáram-megszakító képességgel!). Ha a megszakító-képesség kisebb a független zárlati áram értékénél, az veszélyezteti a folyamatos áramellátás biztonságát. Ezért szikraközök alkalmazásakor különösen sok figyelmet kell fordítani a szakszerű beépítésre, mind a fogyasztó, mind pedig az áramszolgáltató érdekében.

Milyen a csatlakozás hálózati formája?

Itt arra kell gondolnunk, hogy TN-C vagy TN-S, azaz 4 vagy 5 vezetős betáplálásról van szó. A túlfeszültség-védelem célja a potenciálkiegyenlítés, ezért minden vezetőt csatlakoztatni kell a földpotenciálra: amit lehet, azt fémes kötéssel közvetlenül, amit nem, azt túlfeszültség-levezetőn keresztül. Ennek következtében a vezetők számánál eggyel kevesebb túlfeszültség-levezetőre (illetve az elterjedt szóhasználat szerint: pólusra) van szükségünk: 4 vezetős betáplálásnál 3-ra (egy-egy fázisvezető és a PEN-vezető közé beépítve), 5 vezetős betáplálásnál 4-re (egy-egy fázisvezető és a PE-vezető, illetve a nullavezető és a PE-vezető közé; itt létezik egy régebbi kapcsolási mód is, ahol egy-egy üzemi vezető és a védővezető közé kerül a 4 levezető).

Amennyiben nem 3-fázisú betáplálásról van szó, a szükséges pólusszámot ugyanígy határozzuk meg. Meg kell azonban jegyezni, hogy az egyfázisú betáplálások túlfeszültség-védelmi szempontból kedvezőtlen esetnek minősülnek: a villámáram-impulzus a vezetőkön közel egyenletesen oszlik el, ezért ugyanakkora impulzus esetén a 3-fázisú betáplálás vezetői (és túlfeszültség-levezetői) kevésbé terhelődnek, mint az 1-fázisúé. Ez a terhelésnövekedés elsősorban a vezetékekre és a vezetékkötésekre nézve okoz méretezési problémát, és sokszor megnehezíti az elvárt biztonságot nyújtó túlfeszültség-védelem kialakítását.

Hol van elhelyezve a fogyasztásmérő?
Alapesetnek az tekinthető, amikor a fogyasztásmérés helye az épület utcafronti külső falsíkján van, és a földelőszonda helye ennek közvetlen közelébe esik. Ez az elhelyezkedés több szempontból is kedvező: a fogyasztásmérés helye ilyenkor egybeesik a 0/1 villámvédelmi zónahatárral, és a túlfeszültség-levezetők a legrövidebb bekötővezetékkel csatlakoztathatók a földpotenciálra. Szerencsés ez az elhelyezkedés abból a szempontból is, hogy az esetleg meglévő vagy kiépíteni tervezett külső villámvédelmet általában egyszerű a fő földelősínre csatlakoztatni.

További előny, hogy a fogyasztásmérő előtt, a méretlen szakaszon beépített B-fokozatú (1. típusú) túlfeszültség-levezetővel nagy hatásfokú, a folyamatos áramellátást nem veszélyeztető védelem érhető el. Ehhez képest minden más eset kedvezőtlenebb. Ha a fogyasztásmérés helye az épülettől távolabb esik (telekhatárra kihelyezett fogyasztásmérő), akkor a túlfeszültség-levezető már nem építhető be úgy, hogy a 0/1 villámvédelmi zónahatárra és egyúttal méretlen fővezetéki szakaszra is kerüljön. Összességében elmondható, hogy a fogyasztásmérő beépítési helyének és a 0/1 villámvédelmi zónahatárnak az egymáshoz viszonyított helyzete döntően befolyásolja a B-fokozatú túlfeszültség-védelem hatékonyságát. Az épület elhelyezkedésén és betáplálásának paraméterein túl még egy további tényező is befolyásolja, hogy mekkora villámáram-impulzusra kell méretezni az épület túlfeszültség-védelmét: az, hogy rendelkezik-e olyan külső csatlakozásokkal, amelyek jelentős villámáramot továbbíthatnak az épület elektromos hálózatába.

Vannak-e tetőfelépítmények, épületen kívüli csatlakozások?
Olyan szerkezetekre kell gondolnunk, amelyek fémből készülnek, és csatlakoznak az épület elektromos hálózatához. A külső villámvédelmet leszámítva, amelynek fontosságáról már szóltunk, ilyenek szerkezet lehet a tetőn a csatlakozóvezeték tetőtartója, a külső villámvédelem, antennák, klímaberendezések kültéri egysége, ereszcsatorna-fűtés, fém vagy fém béléscsővel rendelkező kémények stb. Hasonlóan kell figyelembe venni az épületet elhagyó egyéb csatlakozásokat: kerti világítás, kapunyitó-berendezések, biztonsági kamerák stb.

Ezeknél a szerkezeteknél és berendezéseknél egyformán arra kell figyelni, hogy az elektromos hálózat elhagyja az épület határoló falait és kilép a 0-ás villámvédelmi zónába, ahol akár közvetlen villámcsapás talppontja is lehet - ilyenkor csak túlfeszültség-levezetők beépítésével kielégítő hatásfokú védelemről általában nem lehet gondoskodni. Túlfeszültség-védelem szempontjából a védekezés érdekében a legtöbbet a megfelelő elhelyezéssel tehetjük, ott, ahol ez lehetséges, pl. egy antenna felállítási helye változtatható, a kéményé kevésbé. Javíthat a védettségen a külső villámvédelem szakszerű kiépítése, ha a szerkezet ezáltal védett térbe kerül. Csak ezek után lehet a védettséget megfelelő levezetők beépítésével növelni. A védelmi rendszernek ez a része több szempontból is bonyolult. A különböző csatlakozások elektromos paraméterei változók. Gondoljunk egy antenna-csatlakozás és egy világítási áramkör közötti különbségre: más a feszültség, a frekvencia, a kábel szerkezete. Ennek folytán a túlfeszültség-levezetők is eltérők.

Ha a csatlakozás vezeték-keresztmetszete kicsi, csak korlátozott nagyságú villámáramot képes továbbítani. Teljesen fölösleges egy 1,5 mm2-es vezetéket 50 kA-es levezetővel védeni, mert már töredék villámáram hatására is elpárolog. A levezető beépítésének a helyét jól kell megválasztani: célszerűen a csatlakozóvezeték épületbe történő belépésének közvetlen közelében. A védekezés során alapvető fontosságú, hogy a villámáramot minél kevésbé engedjük az épület belső terébe behatolni.

Tekintetbe kell venni az erős- és gyengeáramú hálózatok túlfeszültség-védelmének egymásra hatását: például annál az épületnél, amelynek a legmagasabb pontja az antenna, kétségtelenül fennáll annak a veszélye, hogy a talpponti villámcsapás energiájának jelentős része bekerüljön az erősáramú elektromos hálózatba is. Ezt ugyan figyelembe kell venni a B-fokozatú túlfeszültség-levezető méretezésekor, de a TV számára megfelelő védelmet csak az antenna áthelyezésével lehet elérni. A nagy energiájú túlfeszültség-impulzusok elleni védelemre az épület betáplálásának közelében elhelyezett B-fokozatú (az MSZ 61643-11 szerint 1. típusú) levezetők szolgálnak.

Helyes méretezés és beépítés esetén a B-fokozatok biztosítják, hogy akár közeli villámcsapáskor sem sérülnek az elektromos vezetékek, megelőzve ezzel a tűz kialakulásának veszélyét és fenntartva a folyamatos áramellátás lehetőségét. Ugyanakkor ezek a levezetők működési elvüknél, konstrukciójuknál és alkalmazási módjuknál fogva csak korlátozott védelmet nyújtanak (ezért is nevezik sokszor durva- vagy alapvédelemnek), és nem védenek kellően az olyan kisebb energiájú impulzusok ellen, amelyek a fogyasztó-berendezések egy részére még veszélyesek lehetnek. A túlfeszültség-védelem hatásfoka C- és D-fokozatú (2. és 3. típusú) levezetők alkalmazásával javítható. Ezek közül a C-fokozat beépítése ritkán merül fel kérdésként: ahol a B-fokozat beépítésre kerül, ott ezzel egy időben általában a C is, mert jelentős többletköltséget ez nem okoz, és beszerelését a B-fokozathoz hasonlóan célszerű szakemberre bízni. A védelem hatásfokát azonban jelentős részben a D-fokozatú finomvédelmek és a gyengeáramú védelmi eszközök beépítése határozza meg, mely azonban komoly költségtöbblettel járhat. Ezért fontos annak eldöntése, hogy mely fogyasztókat mennyire kell védeni, és a védelmi rendszert költség és hatékonyság tekintetében hogyan lehet optimalizálni.

Milyen védelmet igényelnek a fogyasztó-berendezések?
A különböző berendezések az izzólámpától a számítógépig természetszerűleg nem sorolhatók egy kategóriába. Nemcsak azért, mert belső szerkezeti felépítésük különböző, és így ugyanaz az impulzus különböző hatást gyakorol rájuk, hanem azért is, mert meghibásodásuk következményei, a károk is eltérők.

A gyakorlatban nehéz korrekt (számszerű) módon megítélni, hogy egy-egy berendezés mennyire érzékeny, avagy érzéketlen. A berendezések műszaki leírása erre általában nem tér ki, és szabványokra sem támaszkodhatunk nagyobb sikerrel. Ezért annak eldöntéséhez, hogy mely fogyasztókat célszerű finomvédelemmel ellátni, más gondolatmenetet követünk: elsősorban azt vesszük figyelembe, hogy mennyire fontos egy-egy berendezés működőképességének vagy sérülésmentességének megóvása, és ehhez alakítjuk a túlfeszültség-védelmet. Ennek következtében persze lehet túlméretezett a túlfeszültség-védelem, de a túlméretezés még mindig nagyságrendekkel olcsóbb, mint az alulméretezés miatt esetleg bekövetkező kár. Hozzá kell tenni azt is, hogy egyre nehezebb túlméretezni a védelmet: egyrészt sok olyan berendezés kap mikroelektronikát, amelyekben korábban nem volt, másrészt a berendezésgyártók költségtakarékossága közvetve is vezethet a sérülékenység növekedéséhez (pl. a fém helyett műanyag tokozat alkalmazása, méretcsökkentés stb.).

Hangsúlyozni kell a védelem teljes körű kialakításának fontosságát is, ami alatt azt értjük, hogy ha egy berendezést védeni akarunk, akkor valamennyi olyan vezetékcsatlakozását levezetővel kell ellátni, amelyen túlfeszültség-impulzus megjelenhet. Például egy TV esetében ez azt jelenti, hogy nemcsak az erősáramú hálózati csatlakozás, de az antennavezeték irányából is védeni kell a készüléket. Megjegyezzük, hogy azok a berendezések, amelyek több kiterjedt hálózathoz csatlakoznak, túlfeszültség szempontjából egyszersmind veszélyeztetettebbnek is tekinthetők. (Kiterjedt hálózat alatt az erősáramú hálózaton túl elsősorban a telefon- és a kábelTV-hálózatot értjük - családi házak esetén más hálózattípus nem szokott előfordulni.) Az alábbiakban néhány készüléktípus példáján keresztül világítjuk meg azt a gondolatmenetet, amely annak eldöntéséhez vezet, hogy az adott berendezést szükséges-e finomvédelemmel ellátni.

Számítógép

Túlfeszültség-védelemmel kapcsolatban a legtöbbet emlegetett berendezés. Tegyük hozzá: sokszor indokolatlanul. Mint munkaeszköz, kétségtelenül a lista elejére kívánkozik, hiszen meghibásodása nemcsak azt jelenti, hogy egyes részeinek cseréje pénzbe kerül, de azt is, hogy a javítás, az adatok visszaállítása vagy pótlása időkiesést jelent, amelynek költsége lényegesen nagyobb lehet, mint a javításé. Tehát mint munkaeszköz a lehető legteljesebb védelemre szorul, így a D-fokozat beépítése javasolt. (Ne felejtsük el, hogy a gép nem csak az erősáramú hálózatra csatlakozik!) Mint szórakoztató elektronikai berendezés (főleg ha hálózatra nem is csatlakozik), a középmezőnyben foglal helyet, így a C-fokozatú védelem is elégséges lehet.

Vagyonvédelem
Fontosságát szükségtelen firtatni. Emellett érzékeny berendezésnek tekinthető, mert az erősáramú- és esetleg a telefonhálózathoz is csatlakozik, az érzékelők kiterjedt hálózatán túl. A 230 V-os és a telefoncsatlakozás finomvédelme nem lehet kérdéses. Azonban az érzékelők hálózatán a megfelelő védelem kialakítása igazi szakmai kihívást jelenthet. Családi házak esetén költség-hatásfok szempontjából az optimális védelem általában elérhető az erősáramú- és telefonhálózati védelem beépítésével.

Kazánok
A kazánokat mindenképp célszerű a fontos berendezések közé sorolni. E berendezések fejlettebb típusai mikroprocesszoros vezérléssel rendelkeznek, melyek érzékenyek a légköri és kapcsolási túlfeszültségekre, ami önmagában indok a D-fokozatú védelem kialakítására. Ugyanakkor a kazán a gázvezetékhez és a kéményhez is csatlakozik. A gázvezetékkel kapcsolatban az EPH-hálózat szabványos kialakítására kell ügyelni. Különösen figyelni kell azokra az esetekre, amikor a kémény fém béléscsövezésű: nem ritka, hogy a fém béléscső (illetve az ahhoz csatlakozó fém szerelvény) az épület legmagasabb pontja, és ekkor a közvetlen villámcsapás veszélye sem hanyagolható el. A megoldást erre az esetre a szakszerű külső villámvédelem létesítése nyújtja, természetesen összehangolva a túlfeszültség-védelemmel.

Téli időszakban, amikor a kazán működése alapvető fontosságú, szerencsére ritkák a villámcsapások, de kapcsolási túlfeszültségek előfordulhatnak. Ezek energiája kicsi, így sérülést nem okoznak, de ahhoz elegendők, hogy a processzor működését és így a beállított program futását megzavarják. Ez kellemetlen lehet főleg akkor, ha a család síszünetről hazaérve kihűlt házra talál. Bár a túlfeszültség-levezetők alapvetően villámimpulzusok elleni védelemre szolgálnak, a D-fokozatok a kapcsolási túlfeszültségek ellen is nyújtanak védelmet.

Szórakoztató elektronika
Az ide sorolt berendezések kényelmi szempontok vagy értékük miatt szorulhatnak védelemre, bár érzékenységük sem vitatható: kedvenc műsorunk közben nem szívesen kapcsoljuk ki a TV-t és húzzuk ki az antennát zivatar idején. Figyelembe kell venni, hogy a finomvédelem (230 V + antennavezeték csatlakozásra) költsége egy átlagos TV-készülék árának a 20-50%-át is elérheti. Egyértelműbb a döntés a csúcskategóriás készülékeknél, ahol a finomvédelem költségének aránya néhány %-ra esik vissza.

 





Témakör: Rokonszakmák

Szólj hozzá!

Biztonsági kód
Frissítés