Érintésvédelem Szabványossági Felülvizsgálat

EMC villámvédelem és túlfeszültség-védelem V. rész

Az elektronikus berendezések csak akkor üzemelnek biztonságosan, és a törvényelőírások szerint csak akkor hozhatók kereskedelmi forgalomba, ha az elektromágneses zavarás és zavartatás EMC „Az elektromágneses összeférhetőség” MSZ EN 61000 szabványsorozat követelményeinek is megfelelnek, és azt termék gyártója illetve forgalmazója vizsgálati jegyzőkönyvekkel igazolja. Az EMC követelményeknek azért kell megfelelni, mert a berendezések környezetében fellépő elektromágneses hatások, különböző zavarokat, hibás működést, vagy esetenként a berendezések tönkremenetelét is okozhatják. A gyakorlatban azonban sokszor előfordulnak olyan rövid idejű elektromágneses impulzus hatások is, melyek az EMC szabványban megengedett határértékeket messze meghaladják és a berendezéseket az EMC feltételek teljesítése ellenére tönkreteszik. Ilyen elektromágneses hatások lehetnek a különböző zárlati jellegű védelmi működéskor fellépő kapcsolási túlfeszültségek, valamint a közvetlen-, vagy közeli és távoli villámcsapások.

Mit jelent az EMC követelményeknek megfelelő villámvédelem? Csak olyan villámvédelem képes megvédeni az épületen belül üzemelő elektronikus berendezéseket az elektromágneses impulzus hatásokkal szemben, amely közvetlen villámcsapás esetén is az EMC szabványban előírt határértékek alá korlátozza az elektronikákra jutó igénybevételeket!

Milyen gyakran fordulnak elő villámcsapások Magyarországon? Magyarországon a villámcsapások száma átlagosan négyzetkilométerenként évente legalább kettő! Az épületeket és vagyontárgyakat ért villámcsapások a hazai biztosítótársaságok adatai szerint a nem megfelelő villámvédelem, vagy a villámvédelem hiánya miatt évente több száz millió forint villámkárt okoznak! Ennél sokkal jelentősebbek azok a pótolhatatlan villámkárok, melyeket a másodlagos villámhatások okoznak, és sokszor pénzben ki sem fejezhetőek. Ezért az MSZ 274 »Villámvédelem« szabvány BM – TOP rendelet alapján 1995 – óta ismét kötelezően alkalmazandó szabvány lett. Ez azt jelenti, hogy kisfogyasztókra, családi házakra külső villámvédelmet csak abban az esetben nem kell felszerelni, ha az MSZ 274 szabvány megítélése szerint az épület kedvező természetes villámvédelmi adottságaira tekintettel azt nem írja elő. Közvetett villámhatásokkal szemben azonban akkor is célszerű védeni az elektronikus berendezéseket.

A villámvédelem jelentősége

Ahhoz, hogy ennek a súlyát és szükségességét fel tudjuk mérni, gondolatban 1 – 2 napra vagy 1 – 2 hétre kapcsoljuk le az épület főkapcsolóját, kapcsoljuk ki elektronikus eszközeinket és képzeljük bele magunkat abba helyzetbe, hogy az összes »elektronika«, – még a szórakoztató elektronika is – villámhatás miatt tönkrementek, és a számítógépeinkben tárolt adatbázis is elveszett, és az épület fűtése és vészvilágítása, telefon és biztonsági rendszere is működésképtelenné vált. Gyakorlati tapasztalatok szerint egy közeli villámcsapás is már sokkal gyakrabban tönkreteszi az elektronikus berendezéseket, mérő és szabályozó rendszereket, számítógépeket, televíziókat, mintsem gondolnák. Ezen a helyzeten csak úgy lehet segíteni, ha szabványos korszerű és hézagmentes külső- és belső-villámvédelmet és megfelelő többlépcsős túlfeszültség-védelmet létesítenek az MSZ 274 és az MSZ IEC 1312-1 szabványok előírásai szerint és azt a szabványban előírt gyakorisággal rendszeresen ellenőrzik azt!

Belső villámvédelem és túlfeszültség-védelem az MSZ 447: 1998 szerint

Az MSZ 447 „Közcélú kisfeszültségű hálózatra kapcsolás” című szabvány tárgya „az áramszolgáltatói hálózatról ellátott, vagy ellátandó fogyasztási helyek (lakóépület, üzletház, szolgáltatóház, rendelőintézet, műhely, pavilon, és egyéb ingatlanok) csatlakozó berendezéseinek és fogyasztói vezetékhálózatainak létesítési előírásai és a hálózatra kapcsolás műszaki feltételei, továbbá a villamos energiát felhasználó fogyasztói berendezések biztonságos üzemeltetési feltételei.”

Az áramszolgáltatókat az elmúlt években sok esetben azzal marasztalták el, hogy a villámhatás a villamos energia elosztó hálózat felől jut be a fogyasztóhoz, és emiatt hibásodnak meg az elektronikus fogyasztó berendezések. Beigazolódott, hogy a külső villámvédelem önmaga az általa védett térrészeken belül üzemelő, érzékeny elektronikus berendezések számára – belső-villámvédelem és túlfeszültség-védelem hiányában – valóban nem nyújt megfelelő védelmet, mert egyre több villámkáreset bizonyította, hogy a villámkisülés különböző csatolások útján működési zavarokat, és túlfeszültség-jellegű meghibásodásokat okoz az elektronikus berendezésekben.

Így időszerűvé vált a közelmúltban az is, hogy hálózatra kapcsolás feltételei az általános európai villamos biztonságtechnikai szabványoknak megfelelően, és az elektromágneses összeférhetőség (EMC) követelményeinek megfelelő villám- és túlfeszültség-védelem új, megváltozott követelményeivel egészüljenek ki, illetve azokkal összhangban legyenek.

A közcélú kisfeszültségű hálózatra kapcsolás új követelményrendszere ezért kibővűlt:

• az MSZ IEC 1312-1 „Az elektromágneses villámimpulzus elleni védelem Általános alapelvek” szabvány követelményeiből a méretlen fővezetékre beépítendő „B osztályú (10/350 )” villámáram levezetőkkel,
• azok kapcsolódó beépítési- és üzemeltetési feltételeivel, és
• az MSZ 274 „Villámvédelem” és MSZ 172 „Érintésvédelem” c szabványok hálózatra kapcsolás körében teljesítendő kötelező földelési és potenciálkiegyenlítési (EPH) előírásaival.

Az MSZ 447: 1998 szabvány 1998 július 1-jén lépett életbe.

Miért szükséges három fokozatú védelem beépítése? Erre igen egyszerű a magyarázat: villámcsapás esetén a behatoló teljes impul-zusenergiát az első és második fokozat nélkül a harmadik, D osztályú finomvédelmi készülékek egyedül nem képesek levezetni, túlterhelődnének, a védendő berendezésekkel együtt tönkremennek, esetleg szétrobbannak és további károkat is okozhatnak!

Csak az első két védelmi fokozat (B és C) beépítése szintén nem elegendő, mert a második C osztályú védelem feszültséghatárolási szintje még nem nyújt megfelelő védelmet az elektronika tápegységek számára. Védelmet tehát csak a szabványos, összehangolt, teljes körű, hézagmentes és bevizsgált háromlépcsős villám- és túlfeszültség-védelem biztosíthat! Ez természetesen érvényes az összes jelvezetéki és adatátviteli hálózatra is, pl. kábeltelevízió, TV és rádió antenna, telefon, Fax, Internet, Ethernet, riasztók stb. (1. ábra).

1. ábra. Kisfeszültségű energiaelosztó hálózatok
villám- és tülfeszültség védelme

A korábbi MSZ 447:1994 szabvány követelmények még nem írták elő a villámcsapáskor fellépő villámhatások elleni „villámvédelmi potenciálkiegyenlítés” létesítését a méretlen fővezetéki hálózaton a fogyasztásmérő előtt, holott ez a túlfeszültség-érzékeny elektronikus berendezések biztonságos védelmének nélkülözhetetlen feltétele. Mind az áramszolgáltatóknak, mind a fogyasztóknak ugyanis közös érdeke a túlfeszültség érzékeny berendezések biztonságos üzemeltetési feltételeinek a megteremtése.

Villámáram út az MSZ 447:1998 követelményei szerint

A 2. ábrán látható, hogy egy közvetlen villámcsapás elsősorban a csatlakozó szabadvezetéket (I.), vagy az épület villámvédelmi felfogóját (II.) érheti. Ha nem lenne a hálózaton B (10/350) villámáram levezető sehol beépítve, és az üzemeltető a saját túlfeszültség-érzékeny elektronikus berendezéseit nem védené, vagy csak finom túlfeszültségvédelmet építene be a fogyasztásmérő után, közvetlenül a védendő berendezések előtt, akkor villámcsapáskor az épület földelő szétterjedési ellenállásán fellépő feszültségemelkedés és ebből adódó nagy igénybevételek a védendő elektronikus berendezéseket a finomvédelemmel együtt tönkretennék. A fővezetéken a transzformátor felé folyó villám ágáramok pedig a fogyasztásmérő áramtekercsén és az előtte lévő zárlat- és túlterhelésvédő készülékeken átfolyva azokat is szétrobbantanák. Emiatt komoly anyagi károk keletkeznének, és a hibaelhárításig tartós villamos energiaellátási kiesés is fellépne. Ezt sajnos a gyakorlatban előfordult számtalan villámkáreset is igazolta. Ennek kivédésére ha szabványos többlépcsős védelmet építenének be, de a B osztályú villámáram levezetőket a mért fogyasztói hálózaton, azaz a fogyasztásmérő után építenék be, akkor a többlépcsős védelem az elektronikus berendezéseket megvédené ugyan a túlfeszültségektől, de a hálózaton a transzformátor felé visszafolyó villám ágáramok a fogyasztásmérő áramtekercsein és a zárlatvédő készülékeken ugyan úgy mint az előző esetben átfolynának, és szétrobbantva azokat ebben az esetben is tartós üzemzavart és tetemes anyagi károkat okoznának.

2. ábra. Villamáram leveztők beépítése a fogyasztásmérő előtt

Ezért mind a fogyasztónak, mind az áramszolgáltatónak közös érdeke, hogy a B osztályú villámáram levezetők a fogyasztásmérő előtt, a fogyasztásmérőt és kismegszakítókat megkerülő villámáram levezető nyomvonallal kerüljenek beépítésre, és mindenfajta villám- és túlfeszültségkár és energiaellátás kiesése nélkül megvédjék az energia elosztó hálózat készülékeit és szerkezeti szigeteléseit és a túlfeszültség-érzékeny fogyasztó berendezéseket.

MSZ 447 „Túlfeszültség-védelem” új követelményei:

1. A szabadvezetékes csatlakozású vagy külső villámvédelemmel (villámhárítóval) ellátott épületek mért fogyasztói hálózatán túlfeszültségvédelmet csak olymódon szabad létesíteni, ha az épület méretlen fogyasztói hálózata és a központi EPH csomópontja közé villámáram levezetőt (10/350) építenek be (1. ábra).
        Megjegyzés: A túlfeszültség-érzékeny elektronikus berendezések túlfeszültség-védelmi igényeit az MSZ EN 61 000, az MSZ 1312-1, valamint az MSZ 274 szabványok tartalmazzák.
2. A méretlen fogyasztói hálózatba beépített villámáram levezetőt az első túláram védelmi készülék után úgy kell a fővezetékre csatlakoztatni, hogy ezt a fővezetékről való leágaztatási pontjával, valamint az épület központi EPH csomópontjával összekötő vezetékek együttes hossza ne haladja meg az 1 métert.
        Megjegyzés: Az MSZ 172-1 értelmében az épülethez csatlakozó valamennyi földelést közvetlenül a központi EPH csomóponthoz kell kötni, így a villámáram levezető összekötő rövidsége biztosíthatja csak azt, hogy az ezeken átfolyó villámáram nem okoz a villamos vezetékrendszer és az EPH- ba bekötött fém szerkezetek között megengedhetetlenül nagy feszültségesést.
3. A méretlen fővezeték csatlakozási pontja és a villámáram levezető leágaztatási pontja közötti része, valamint a villámáram levezetőt a leágaztatási ponttal, továbbá az EPH csomóponttal összekötő vezetékek keresztmetszete rézvezető esetén legalább 16 mm2, más anyagú fém vezető esetén ezzel vezetőképesség szempontjából azonos kell legyen.
4. Villámáram levezető alkalmazása esetén az első túláram védelmi készülék névleges árama legalább 63 A, független zárlati áram megszakító képessége legalább 50 kA kell legyen.
        Megjegyzés: Ez a készülék lehet olvadóbiztosító vagy megszakító.
5. A méretlen fogyasztói hálózatra csatlakoztatott villámáram levezetőt (10/350) záró-pecsételhető műanyag tokozatba kell beépíteni.
        Megjegyzés: Ha a villámáram levezető kifújásmentes, akkor ennek tokozata az első túláramvédelmi készülék, a fogyasztásmérő vagy ennek tartozékaival közös is lehet.

Villámvédelem tervezése és szerelése

Az EMC villámvédelem létesítésével az új épület tervezésekor, ill a meglévő épületek felújításakor már a tervezéskor és a szerelés szakaszában foglalkozni kell (MSZ IEC 1312 – 1).
     A villámvédelem létesítésének koordinálása általában az épület tervezőinek és a kivitelezőinek a felelőssége, együttműködve a villámvédelmi szakértőkkel.

Az épület villamos energiaellátó hálózatának az épületen belül túlfeszültség-védelmi és zavarvédelmi okok miatt már mindenhol ötvezetős TN-S hálózatnak kell lennie. Az épület EPH főcsomópontján a fogyasztásmérő előtt beépített első villámáram levezető fokozat készülékei pedig B osztályú, 50 kA (10/350 µs) és a második túlfeszültségvédő fokozat készülékei C osztályú:15 kA (8/20 µs) kell legyenek. A harmadik D osztályú „finom” túlfeszültség védelmi fokozat készülékeit az épületen belül mindíg a védendő készülékek (TV, HI-FI torony, személyi számítógép, FAX stb.) közvetlen bemenetén kell beépíteni SF Protector, DATA Protector, FAX Protector stb. védőkészülékeket. Ezeket a védőkészülékeket a felhasználó egyszerű összedugaszolással beépítheti.

Ivkifújás mentes villámáram levezető, DEHNbloc

A kisfeszültségű villamos energiaellátó hálózatok eddig ismert villámáram levezető védőkészülékei mind ívkifújással működő speciális szikraközök. Az ilyen szikraközök egyrészt az ívkifújás, azaz az ív hosszának nyújtása révén valósítják meg a szikraköz előírt megszakítóképességet, másrészt a viszonylag kisméretű védőkészülék házból az ívkifújás révén a készüléken kívülre kiviszik az ívimpedancián disszipáló energia zömét és így védik a készülékben lévő alkatrészeket a fellépő hőigénybevételek károsító hatásaitól.

Az ívkifújás mentes villámáram levezető előnyei

Az ívkifújó típusú B osztályú villámáram levezető védőkészülékek beépítésénél több olyan előírást is be kellett tartani, melyek midegyike valamilyen formában az ívkifújás miatt vált szükségessé és amelyek miatt a készülék beépítéséhez meglehetősen nagy hely szükséges. Az újonnan kifejlesztett DEHNbloc® ívkifújás mentes villámáram levezető szikraközök lelke egy olyan nagyteljesítményű zárt tokozású villámáram levezető kúszó szikraköz, amelyben nem az ív tokozaton kívüli nyújtásával és kifújásával valósul meg a kellő ívoltás és feszültséghatárolás, hanem egy teljesen új működési elv és egy új konstrukció révén (3. ábra.) Ílymódon nem kell a DEHNbloc® ívkifújás mentes készülékek alkalmazásakor különleges beépítési feltételeket tejesíteni és nem követelmény többé az sem, hogy a csupasz, feszültség alatt álló fémrészek és a készülék között előírt jelentős távolságokat be kellene tartani. Ebből következik, hogy a készülékek beépítési helyigénye az elosztó berendezések szokásos méreteihez viszonyítva kisebb lett, és épület felújítások esetében utólagos beépítésük sem okoz problémát amiatt, hogy netán nem állna rendelkezésre elegendő hely a már meglévő elosztószekrényekben a védőkészülékek számára. A PROT-EL Kft. által kifejlesztett, bevizsgált, és mintavédett villám- és túlfeszültségvédett fogyasztásmérő egységébe vagy külön tokozatba beépítve, megszületett a leggazdaságosabb típusmegoldás. A helyileg illetékes áramszolgáltatók engedélyével, egyetlen egységben bármilyen elrendezésben egyszerűen beépíthető.

3. ábra. DEHNblock nyomásvezérelt, zárt kúszószikraköz

Utánfolyó áramot korlátozó villámáram levezető DEHNport Maxi

Nagyfogyasztók esetében a szabványos B osztályú villámáramlevezetőknek károsodás nélkül le kell tudni vezetniük 50 kA (10/350) villámáram impulzust, és az azt követő 50 Hz-es utánfolyó zárlati áramot is. Ha a villámimpulzus időpillanatától függően a levezetőn nem folyik jelentős utánfolyó zárlati áram, akkor az olvadóbiztosítók igénybevétele szerencsés módon ez esetben is mérsékelt lesz, és a legnagyobb szabványos villámimpulzus ellenére sem olvadnak ki, és az energiaellátás is folyamatosan fennmarad. A gyakorlatban azonban előfordul, hogy a levezetőkkel sorba kapcsolt zárlatvédő készülékek (olvadóbiztosítók ) nagyobb utánfolyó független földzárlati áramok esetén kiolvadnak, és emiatt a villamos energiaellátás tartósan kiesik. Ezért a jelenleg beépített villámáram levezetők, és a hozzájuk tartozó zárlatvédelmek üzembiztonság szempontjából – a beépítés helyén esetenként várható független földzárlati áram nagyságától függően – gyenge pontjai lehetnek a nagy teljesítményű energiaellátó rendszereknek. Döntő jelentősége van tehát az energiaellátás üzembiztonsága szempontjából annak, hogy az épületbe beépített villámáram levezetők önmaguk, függetlenül a beépítési hely zárlati adottságaitól, az utánfolyó zárlati árammal szemben mekkora áramkorlátozó képességgel rendelkeznek.

Az új villámáram levezető szikraköz működési elve

Ahhoz, hogy egy szikraközön a villámimpulzus levezetése után a hálózat által táplált utánfolyó földzárlati áramot jelentősen csökkenteni, illetve kioltani lehessen, egy „ellenfeszültséget” (megnövelt ívfeszültséget) kell a hálózati feszültséggel szembeállítani. A készüléktechnikában erre sokféle megoldás ismert. Például szarvformájú elektródák között az ívhossz növelésével, vagy az ívoltó kamrákban az ív szakaszokra darabolásával lehet növelni az ívfeszültséget stb.

Mindezek megvalósításához szükséges térfogat, illetve felépítés, és az optimális ívoltási feltételek megteremtése, szinte megoldhatatlan nehézségeket okoz, vagy előnytelen kompromisszumokba kényszeríti a tervezőket. Ezért a villámáram levezetők utánfolyó földzárlati áramának korlátozására a DEHN cég egy teljesen új műszaki megoldást fejlesztett ki. Ennek az új áramkorlátozó szikraköznek a működése a villamos ív radiális és axiális öblítésén alapul. Az ehhez szükséges hűtőgázt a szikraközbe beépített gáz kibo-csájtó szigetelő anyagból az ív hőhatása hozza létre.

Hálózati utánfolyó áramok viszonyai

A 4. ábra egy radaxflow öblítésű villámáram levezető szikraközt ábrázol (Radaxflow technológia).

4. ábra. DEHNport MAXI villámáram levezető szikraköz radaxflow
technológia: radiálisan és axiálisan öblített villamos ív

Az ívkisülés hőhatására keletkezett gáz a levezetőházban minden oldalról áramlik az ívre, az ívcsatornát összepréseli, miközben az ív által fehevített gáz alul tengely irányban a kifúvónyiláson át kifúj. A csökkenő keresztmetszetű ívcsatorna az ív ellenállását, és az ív feszültségét növeli és ezáltal az utánfolyó áramot lekorlátozza, majd kioltja.

Ismert, hogy a villámimpulzus levezetése után a szikraközön át, a hálózati feszültség rendszerint egy utánfolyó áramot hoz létre. Az eddigiekben alkalmazott villámáram levezető szikraközökön fellépő ilyen utánfolyó áramok nagysága a gyakorlatban majdnem azonos a csatlakozási ponton fellépő hálózati független földzárlati áram nagyságával. Ezzel szemben az új radaxflow technológia – függetlenül a csatlakozó hely hálózati független földzárlati áramának nagyságától – a valóban fellépő utánfolyó áramot igen csekély értékre korlátozza.

Az 5. ábra a radaxflow villámáram levezető szikraköz egy jellegzetes kikapcsolási jelalakját ábrázolja, ahol a beépítési ponton, teljes földrövidzárlat esetén a független földzárlati áram 37 kAeff lenne.

5. ábra. Utánfolyó zárlati áram megszakítása radaxflow tehnológiával (DEHNport Maxi)

A hálózati utánfolyó zárlati áram hatásos csökkenése az oszcillogramm alsó részén jól látható. Az 5. ábra az elméletileg lehetséges, és a levezetőn valóságban utánfolyó zárlati áramot mutatja. A 6. ábrán levezetéskor látható a szikraköz feszültség jelalakja, amely alig különbözik a hálózati feszültség görbéjétől. A gyakorlatból ismert szikraközöknél tapasztalható tipikus hálózati feszültségletörés itt nem lép fel. Ezért az elektronikus készülékekre korábban zavaróan ható hálózati feszültségletöréseket az új radaxflow levezetőtípus kivédi.

6. ábra. Feszültségjelalak lefutása radaxflow technológiával (DEHNport Maxi)

Egy másik kedvező hatása az új megoldásnak az ivellenállás és ívfeszültség növekedés, és az áramfolyás idejének a csökkentése. Mint ahogy az az oszcillogrammon látható, a beépített levezetőn várható zárlati áramimpulzus nagysága a 37 kAeff, ehelyett a radaxflow technológia következtében mindebből csak mindössze 1,7 kA jön létre, és ez is a természetes kommutációnál sokkal hamar kialszik. Ha ezeket az eredményeket a zárlatvédelem (olvadóbetétek és megszakítók) szelektivitási ábrázolásánál szokásos módon a 7. ábrán ábrázoljuk, ott leolvashatók a radax-flow villámáramlevezetőn áteresztett legnagyobb I2t integrál értékek a zárlati áram függvényében. A jobb áttekinthetőség és rendszerezés érdekében az NH (kisfeszültségű nagyteljesítményű) olvadóbiztosítók egyes névleges áramerősségeihez tartozó legkisebb kiolvadási I2t ( A2s ) integrálok az ábrán szintén be vannak jelölve.

7. ábra. DEHNport Maxi szelektivitási határáramai különböző névleges
áramú előtét olvadóbiztosítékra megadva

A radaxflow villámáramlevezető technológia hatásosan korlátozni és biztosítani képes a fogyasztói berendezések szokásos zárlatvédelme és a villámáram levezető között szükséges szelektivitást is. Egy B osztályú (10/350) radaxflow villámáramlevezető DEHNport Maxi szabványos csúcslevezetés ellenére sem olvasztja ki a főelosztóban vagy a fogyasztásmérő előtt lévő 63 A-es vagy annál nagyobb névleges áramerősségű olvadóbiztosítókat. Az ábrából leolvasható, hogy a levezető által áteresztett energia ( I2t integralja) valóban mindig kisebbre korlátozódik, mint a 63 A névleges áramerősségű gL/gG olvadóbiztosító kiolvadási I2t integrálja. Igy villámcsapáskor az utánfolyó zárlati áramok miatt bekövetkező olvadóbetét kiolvadások elmaradnak. Emiatt az új DEHNport MAXI villámáramlevezetők működése a felhasználók számára szinte észrevétlen marad.

B osztályú (10/350) villámáramlevezetők beépítési feltételei a méretlen fővezetéken a fogyasztásmérő előtt (DIN VDE)

• Az szabványos védelmi szint az IEC 1312-1 előírásai szerint PL I. II. III. IV. lehet. Ha a védelmi szint nagyságát a vonatkozó szabványokból nem lehet egyértelműen meghatározni, akkor a villám-áramlevezetőkre mindig a I. védelmi szintet kell betartani !
• a B osztályú (10/350) levezetők zárlati meghibásodása esetén a hálózatról való megbízható lekapcsolásuk biztosított legyen.
• a B osztályú (10/350) villámáramlevezetők csak szikraköz típusú levezetők lehetnek! Bennük párhuzamosan kapcsolt fémoxid varisztorok nem lehetnek beépítve.
• a B osztályú (10/350) levezetők szabványos adatait, terhelhetőségét és szigetelő tokozatba való beépíthetőségét a gyártónak kell garantálnia.
• a B osztályú (10/350) villámáramlevezetőket a gyártó által előírt zárlatvédelemmel, és a gyártó által erre a célra bevizsgált és jóváhagyott, IP 54 tömítettségű szigetelő tokozatba kell beépíteni.
• a B osztályú (10/350) villámáramleveze-tőket pecsétzárral lezárható (plombálható) műanyag szigetelő tokozatba kell beépíteni.
• A villámáramot vezető keresztmetszetek legalább 16 mm2 Cu vagy ennek megfelelő egyéb áramvezetők kell legyenek.
• a B osztályú (10/350) villámáramleveze-tőket a hálózat típusától függő kapcsolásban (TN-C, TN-C-S, TT) kell beépíteni, minél rövidebb vezetékhosszakkal.

Ívkifújás mentes villámáram levezető

Ez az új villámáram levezető túlfeszültségvédő készülék ívkifújás mentes kivitelére tekintettel méltán számíthat sikerre, mert kiváló tulajdonságai és adottságai révén rendkívüli módon leegyszerűsíti a B osztályú villámáram levezető készülékek beépíthetőségét.
     DEHNbloc/3^® (Art. Nr.: 900 110) és az egypólusú DEHNbloc /1 (Art. Nr.: 900 111) készülékek hazai forgalombahozatalához szükséges MEEI és áramszolgáltatói engedélyek is kiadásra kerültek.

Villámvédelem és a folyamatos villamos energiaellátás biztonsága

A villamos energiaellátás minőségének egyik kulcskérdése többek között a folyamatos villamos energiaellátás biztonsága, amely nagymértékben függ az esetlegesen előforduló áramszolgáltatói üzemzavarok időtartamától, gyakoriságától, és a hibaelhárítás gyorsaságától. Ezért az áramszolgáltatói hálózatok üzemzavarai esetére, a fogyasztók folyamatos villamos energiaellátására, a kieső áramszolgáltatói hálózat helyettesítésére különböző szükségáramforrásokat rendszeresítettek. Ott ahol gyakran előfordul hosszabb rövidebb ideig áramszünet, szünetmentes áramforrásokat (UPS-eket) alkalmaznak a kisfogyasztói hálózatokon is.

A statisztikai adatok igazolták, hogy az üzemzavarok okai között egyre nagyobb hányadban fordulnak elő villám- és túlfeszültségek által okozott hálózatkiesések. Gyakorlati tapasztalatok igazolták azt is, hogy ha a hálózatkiesést villámcsapás okozza, és nincs megfelelő villám- és túlfeszültség-védelem az épületen felszerelve, akkor a villámcsapás következtében nem csak a túlfeszültség-érzékeny fogyasztói berendezések mennek tönkre, hanem egyidejűleg a szükségáramforrások is meghibásodnak, és a teljes fogyasztói hálózaton az UPS ellenére tartós üzemzavar és hálózatkiesés lép fel, tetemes elektronika villámkárok is keletkeznek.

Hogy mindez ne következhessen be, a külső villámvédelem mellett olyan belső villám- és túlfeszültség-védelmet is létesíteni kell, amelyik közvetlen villámcsapás esetében is megvédi a fogyasztói berendezéseket és a villamos energiaellátás sem esik ki. A szünetmentes áramforrásokat is minden üzemállapotban mind a bemenetükön, mind a kimenetükön legalább C osztályú túlfeszültség-levezetőkkel védeni kell!

Villám ágáramok nagysága

Az épület villámhárítóját ért közvetlen villámcsapás esetén, a villámáram fele az épület földelőn, másik fele pedig a villámsújtotta épületet és a távoli földpotenciálú pontokat összekötő áram utakon folyik el (MSZ IEC 1312-1). Mivel ma már a gázvezetékek és a vízvezetékek műanyagból készülnek, ezért a legkedvezőtlenebb esetben a villámáram másik fele teljes egészében a 8. ábrán látható módon az energiaellátó hálózaton át folyik a transzformátor felé (TN-C hálózat esetén a három fázison L1, L2, L3, és a PEN vezetőn). A szabvány szerinti I. védelmi szinthez tartozó villámimpulzus csúcsértéke 200 kA (10/350) (MSZ IEC 1312-1).

A kisfogyasztók azonban a III-IV követelmény osztályba sorolandók, ahol méretezés szempontjából a villámimpulzus csúcsértéke csak 100 kA (10/350) kell legyen. A szabvány szerint figyelembe veendő villám ágáram csúcsértékek ebből adódóan mindenütt csak a 8. ábrán feltüntetett értékek fele kell legyen.

Villámágáramok csúcsértékei a gyakorlatban

1998 augusztus 1-jén Magyarországon üzembehelyezték a villámfigyelő és -mérő rendszert, amelynek eddigi, 60 000 villámcsapásra vonatkozó mérési eredményeit értékelve az állapítható meg, hogy néhány %-ot kivéve a villámimpulzusok csúcsértékei nem haladják meg a 100 kA-t sem, és az impulzusok töltése és energiatartalma is a szabványos csúcsértéknél többnyire kisebb. Ez azt jelenti, hogy a szabványkövetelmény betartásakor biztonsági tartalék áll rendelkezésünkre.

8. ábra. Villámágáramok megoszlása a DEHNbloc/3 ívkifújás
mentes villámáram levezetőn

Az NH kisfeszültségű, nagy teljesítményű késes olvadó biztosítókra megadott kiolvadási határértékeket a tényleges igénybevételek a valóságban csak ritkán haladják meg. A levezető utánfolyó zárlati áramkorlátozó képessége ugyanis az előző cikkekben közölt diagrammok szerint igen kiváló. Ezért mondható, hogy a DEHNbloc villámáram levezetőn át a transzformátor felé folyó villámimpulzus az NH 00 63A gL késes olvadóbiztosítót csak nagyon ritkán olvasztja ki, így a kisfogyasztók villamos energiaellátása közvetlen villámcsapás ellenére sem esik ki. A folyamatos villamos energiaellátáshoz tehát nem csak DEHN villámvédelem, hanem szünetmentes áramellátás is szükséges. Igy ha a az áramszolgáltatói hálózaton bekövetkező áramkimaradások idejére túlfeszültségvédett szünetmentes áramforrások biztosítják az energiaellátást, akkor mind villámcsapás, mind áramkimaradás esetében is folyamatos marad a kisfogyasztó villamos energiaellátása.

A villám dinamikus erőhatása

A villámáram által átjárt vezetők nyomvonala körül a villámimpulzus mágneses erőteret hoz létre, amely az elektromágneses környezetével kölcsönhatásba lép. Ez a magyarázata annak, hogy az egymáshoz közel elrendezett villámáram vezetők között az áramirányoktól függően olyan erőhatások lépnek fel, amelyek a vezetők rögzítéseit széttéphetik és a vezetőket vagy összeszorítják, vagy egymástól eltávolítják.

A külső villámvédelem hibásan elrendezett áramvezetőin a dinamikus erőhatások a nem megfelelő szilárdságú villámvédelmi tartókat, kötéspontokat, rögzítéseket megrongálják, és azt követően a villámimpulzus fajlagos energiája (2,5 MJ/ohm) a már nagy átmeneti ellenállású szakaszt és annak környezetét szétrobbantja. Ezért fontos, hogy külső villámvédelem minden esetben csak az MSZ 274 szabvány előírásainak betartása mellett és az MSZ EN 50164–1T szabványnak megfelelően minősített H és L jelű villámvédelmi szerelvényekből készüljön!

Magyar szakirodalom

A villámcsapás dinamikus erőhatásának leírását és a részletes számításokhoz szükséges képleteket a villámvédelem tervezésében jártas tervezők jól ismerik. Erről magyar nyelvű szakirodalom is van: MSZ 274 „Villámvédelem” szabvány és Dr. Horváth Tibor: Épületek villámvédelme 2.2 Fejezet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1980. A szabvány több vonatkozásban is külön felhívja a figyelmet arra, hogy a villámáram nem szereti az éles „sarkokat” és „iránytöréseket”, mert az éles töréspontokon végtelenül nagy fajlagos erő keletkezik. Ezért a villámáram utak kialakításánál kerülni kell az iránytöréseket. Ha ez elkerülhetetlen, akkor inkább törekedni kell az irányváltozás helyén a nagy ívű lekerekítésekre. A szabvány a lekerekített helyeken ébredő erőhatások kiszámítását a bonyolult összefüggések mellőzésével görbék és kész képletek segítségével lehetővé teszi. Ökölszabályként könnyű megjegyezni, hogy az egyenestől elhajló nyomvonalú villámáram vezetőn ébredő dinamikus erőhatás az iránytörést kiegyenesíteni igyekszik. Nagysága pedig annál kisebb, minél kisebb az iránytörés, és minél nagyobb a hajlítási sugár!

Mekkora erőhatás várható

Hibás kábelezésnél az egységen belül elméletileg végtelen nagy erőhatás is felléphet és az a tokozatot biztosan szétrobbantja. Ezért a fellépő erőhatásokat tervezetten korlátozni kell! A vezeték hosszra jutó fajlagos erőhatás nagyságát N/m-ben az MSZ 274 szabványban megadott képletbe behelyettesítve könnyen kiszámíthatjuk. Például egy félkörön (R=0,15 m / r=0,005 m) ébredő erő csúcsértéke kerekítve 20 kN/m. Az ívet alkotó közel fél méter hosszú vezeték nyomvonalon ekkor kb. 1000 kp dinamikus erő csúcsértéket jelent, melyet a villámvédelmi egységnek meghibásodás mentesen, biztonsággal el kell viselnie!

Villámkáresetek utólagos ellenőrző vizsgálatai minden esetben igazolták, hogy nagyfogyasztói berendezések a zárlatszilárdságuk és nagy vezeték keresztmetszeteik miatt a villám igénybevételeknek rendszerint megfelelnek. Kisfogyasztók esetében ez nem így van, mert a villámvédelmi fokozatok egyedi konstrukciója, hibás térbeli elrendezése, korlátozott zárlatszilárdsága és helytelen kábelezése gyakran okozója a dinamikus erőhatások miatt bekövetkezett villámkároknak és energiaellátási zavaroknak. Beigazolódott az is, hogy a pecsétzár alá beépített villámáram vezető áram utakat csak szigorú szereléstechnológiai előírások betartásával, (vastag falú préshüvely, nyomatékkulcs stb.) és megfelelő keresztmetszetű és szilárdságú villámvédelmi szerelvényekkel lehet csak megvalósítani. A szakműhelyben gyártott villámvédelmi egységek alkalmazása esetében a szerelés kivitelező felelősége csak az egység beépítésének szakszerűségére kolátozódik, mert minden egyéb tekintetben a vonatkozó szabványkövetelménynek a bevizsgált egységek biztonsággal megfelelnek. A villám dinamikus erőhatásait pedig a konstrukció tervezetten korlátozza.

Beépítési méretek

A többlépcsős belső villám- és túlfeszültség védelem B osztályú villámáram levezetőinek beépítését az MSZ 447: 1998 szabvány 1998 július 1.-óta már engedélyezi a fogyasztásmérő előtt, a méretlen fővezetéki szakaszon, pecsétzár alatt. Csak így lehet ugyanis egy megkerülő közvetlen villám áram utat létesíteni a transzformátor felé, és megóvni a fogyasztók mért elosztó hálózatát a másodlagos villámhatásoktól. A villámáram levezetők beépítését az EPH sín és a fázisvezetők közé 1 m-nél rövidebb vezetékhosszal írja elő a szabvány.

A kisméretű tokozaton belüli vezetékek rögzítését, nyomvonalát, hajlítási sugarát, az áramirányokat semmilyen szerelési szabvány nem írja elő. A pecsétzár alatt lévő egységben ébredő nagy dinamikus erőhatások miatt a villámvédelem megbízhatósága, a szerelvények mechanikai szilárdsága, a villámáramot vezető nyomvonal térbeli kialakítása, az alkalmazott szereléstechnika minősége, és a rögzítések szilárdsága, valamint a villamos konstrukció előzetes bevizsgálása és elfogadása, döntő jelentőséggel bír. Nem mindegy, hogy mekkora erőhatás lép fel a tokozott egységben, és a fellépő erőhatásokat képesek e károsodás nélkül, biztonsággal elviselni ezek az áramkörök.

Áramszolgáltatói követelmények

Az áramszolgáltatók (ELMŰ javaslatára) csak olyan villámvédelmi egységek alkalmazását engedélyezik pecsétzár alatt, a méretlen fővezetéki szakaszon, amelyekben:

• az alkalmazott készülék típusok, berendezések, szerelvények, villámáram utak, és szereléstechnológiák a szabványos villám-vizsgálatoknak megfelelnek, típusvizsgálati jegyzőkönyvek és tanúsítványok (MEEI, QS, CE stb.) mindezt igazolják, és beépítésüket az áramszolgáltatók előzetesen elfogadták és engedélyezték.
• a túlfeszültség-védelmi készülékeknek egy készülék gyártó által előállított, és egy egységes védelmi rendszert képezőnek kell lenniük, (energetikai koordináció)
• a méretlen fővezetéken a készre szerelt egységeket csak az áramszolgáltatók által elfogadott tokozott- és záró-pecsételhető szekrényekben lehet elhelyezni,
• a követelmények betartásáért a készre szerelt egységek illetve a szekrények gyártója, szabványos beépítésükért pedig a szerelés kivitelezője a felelős.

Villámvédelem tervezését segítő számítógépes program DEHNinfo CD

A különböző épületek és építmények villámvédelmének tervezése és megvalósítása eddigiekben is rendszerint összetett, és sok esetben bonyolult egyedi feladatot jelentett mind a tervezők, mind a kivitelezők számára. Az új szabványok érvénybelépésével ez a műszaki feladat sokak számára még bonyolultabbnak tűnik. Az ilyen feladatokat a jövőben a számítógéppel segített villámvédelem tervezését segítő program nemhogy bonyolultabbá, hanem sokkal egyszerűbbé teszi.

A tervező program a szabványok ismeretében javaslatot tesz a létesítendő villámvédelmi berendezés fokozataira, kiegészítve az eddigieket az MSZ 274 -3M (B0.B4) belső villámvédelem fokozattal és az MSZ IEC 1312-1 villámvédelmi szintek (I.- II. – III-IV.) elvárásaival és az MSZ EN 61000 EMC szabvány követelmények fokozataival. Ezek az eredmények a biztonság irányába felülbírálhatók, és a szigorítás, illetve a fokozottabb védelem irányába megváltoztathatók.

Az eredményeket tehát módosítani és végül ellenőrizni lehet. Ha hibás, összeférhetetlen kombináció született akár a csoportosításban, akár a fokozatoknál, azokat az automatikus ellenőrző program automatikusan ellenőrzi és javítja. A kapott eredmények, a villámvédelmi rendszerrel szemben támasztott szabványkövetelmények, a kapcsolási rajzok, illetve a készülék ismertetők kinyomtathatók. A program által közölt eredményt azonban mindig kritikával kell fogadni, és a hivatkozott szabványok alapján tételesen ellenőrizni kell, mert az esetleg előforduló hibákért vagy tévedésekért a felelősség nem a számítógépet terheli, hanem a tervezőt!

A DEHNinfo CD lemezeket a Magyar Elektrotechnikai Egyesület Titkárságán lehet megvásárolni 1000,- Ft + 12% ÁFA -ért!

FEHÉR ZOLTÁN

Súgó Még nincs hozzászólás.

Frissítés

Csak regisztrált felhasználók írhatnak hozzászólást.