{{ComputedLoadMoreText}}

{{totalCount}} termékből {{dataLength}} darabot már láttál

A külső villámvédelmi rendszer komponensei és működése

A külső villámvédelmi rendszer, közismert nevén a villámhárító az elsődleges védelmi vonalat képviseli a közvetlen villámcsapások fizikai hatásaival szemben. Ennek a rendszernek három alapvető, egymással szorosan összekapcsolt komponense van: a felfogó rendszer, a levezető rendszer és a földelő rendszer. Mindegyik elemnek precízen meghatározott szerepe van abban a folyamatban, amely során a villámcsapás gigantikus energiáját biztonságosan eljuttatják az épület tetejétől a föld mélyéig anélkül, hogy az kárt tenne az épület szerkezetében vagy a benne tartózkodókban. A rendszer hatékonysága ezen komponensek megfelelő méretezésén, anyagminőségén és szakszerű telepítésén múlik.

A felfogó rendszer az épület legmagasabb pontjain elhelyezett, fémből készült egység, amelynek feladata, hogy a villámcsapás számára egy preferált, előre meghatározott becsapási pontot kínáljon. Ezzel megakadályozza, hogy a villám az épület védtelen részeibe, például a tetőfedésbe, a kéménybe vagy más kiálló szerkezetekbe csapjon. A felfogók lehetnek hagyományos felfogó rudak, kifeszített felfogó vezetékek, vagy egy sűrű hálót alkotó felfogó hálózat (ún. Faraday-kalitka elv). A szabványok lehetőséget adnak arra is, hogy az épület meglévő fém szerkezeti elemeit, például fém tetőfedést vagy korlátokat, természetes felfogóként vegyék figyelembe, amennyiben azok anyaga, vastagsága és folytonossága megfelel a szigorú előírásoknak.

A levezető rendszer köti össze a felfogókat a földelő rendszerrel. Ezek általában az épület külső falán vagy a szerkezeten belül, függőlegesen vezetett fémvezetékek, amelyeknek a lehető legrövidebb és legegyenesebb úton kell haladniuk. A levezetők kritikus szerepe, hogy a felfogót ért villámáramot – ami akár 200 000 Amper is lehet – extrém gyorsan, jelentős felmelegedés vagy mechanikai sérülés nélkül elvezessék a földelésig. A levezetők anyagát és keresztmetszetét úgy kell megválasztani, hogy ellenálljanak a hatalmas áramimpulzus termikus és elektrodinamikai erőhatásainak. A nem megfelelő méretezés vagy a rossz nyomvonalvezetés veszélyes oldalkisülésekhez vezethet, amelyek átüthetnek az épület belső vezetékeire vagy szerkezeteire.   
A villámvédelmi lánc utolsó, de nem kevésbé fontos eleme a földelő rendszer. Ennek feladata, hogy a levezetőkön érkező villámáramot biztonságosan szétoszlassa a talajban, a lehető legnagyobb felületen. A földelés hatékonyságát a földelési ellenállás értéke jellemzi; minél alacsonyabb ez az érték, annál könnyebben és gyorsabban képes a rendszer elnyeletni az energiát. A földelők különböző típusúak lehetnek, például földbe vert rudak, a földbe fektetett szalag- vagy körvezetők (gyűrűföldelő), vagy a legmodernebb megoldás, az épület alapjába integrált alapozásföldelő. A megfelelő földelés kialakítása kulcsfontosságú a lépésfeszültség – a talaj felszínén kialakuló veszélyes potenciálkülönbség – minimalizálása érdekében, amely a becsapás közelében tartózkodó élőlényekre jelenthet halálos veszélyt.   

A belső villámvédelem és a túlfeszültség elleni védekezés rétegei

Míg a külső villámvédelem az épület fizikai integritását védi a közvetlen becsapás romboló erejétől, addig a belső villámvédelem egy láthatatlan, de legalább annyira fontos feladatot lát el: megóvja az épület érzékeny villamos és elektronikus rendszereit a villámcsapás másodlagos hatásaitól, vagyis a tranziens túlfeszültségektől. Ezek a rendkívül rövid ideig tartó, de több ezer voltos feszültséglökések nemcsak közvetlen villámcsapáskor, hanem akár több kilométerrel távolabbi becsapások, vagy a hálózaton történő kapcsolási műveletek hatására is keletkezhetnek. A modern elektronikai eszközök – számítógépek, televíziók, okosotthon-rendszerek, vezérlőegységek – mikroprocesszorai rendkívül érzékenyek ezekre a túlfeszültségekre, amelyek helyrehozhatatlan károkat okozhatnak bennük.
A belső villámvédelem alapelve a potenciálkiegyenlítés. A rendszer célja, hogy megakadályozza a veszélyes potenciálkülönbségek kialakulását az épület különböző vezetőképes részei között. Ez magában foglalja az erősáramú hálózat vezetékeit, a távközlési és adatkábeleket, valamint a fémből készült gáz- és vízvezetékeket is. Az összes ilyen rendszert egy közös pontra, az úgynevezett fő földelősínre (EPH sín) kötik be, így biztosítva, hogy egy túlfeszültség-esemény során az egész épület "együtt emelkedjen" potenciálra, elkerülve a szikraképződést és a veszélyes áramutak kialakulását a különböző rendszerek között. A hatékony védelem érdekében a szakemberek a villámvédelmi zónák (LPZ - Lightning Protection Zone) koncepcióját alkalmazzák, amelyet az MSZ EN 62305 szabvány részletesen leír. Ez a koncepció az épületet különböző védelmi szintekre osztja, a külső, közvetlen villámcsapásnak kitett LPZ 0 zónától kezdve a belső, egyre jobban védett LPZ 1, LPZ 2 és további zónákig. Minden zónahatáron, ahol a vezetékek (erősáramú, adat) áthaladnak, túlfeszültség-védelmi eszközöket (SPD - Surge Protective Device) kell telepíteni. Ezek az eszközök feladata, hogy a zónahatáron megjelenő túlfeszültséget egy biztonságos szintre korlátozzák, és a felesleges energiát a potenciálkiegyenlítő hálózatra vezessék.

A többlépcsős védelem hatékonyságának kulcsa az egyes fokozatokban elhelyezett túlfeszültség-levezetők precíz összehangolása. Az első, durva védelmi fokozatnak (T1) kell elviselnie a legnagyobb energiájú impulzust, és le kell korlátoznia a feszültséget olyan szintre, amelyet a következő, közbenső fokozat (T2) már képes kezelni anélkül, hogy tönkremenne. Hasonlóképpen, a T2-es levezetőnek kell tovább csökkentenie a feszültséget a finomvédelmi fokozat (T3) számára. Ez az összehangolás (koordináció) rendkívül fontos, mivel a különböző technológiájú (pl. szikraköz, varisztor) levezetők eltérő reakcióidővel és karakterisztikával rendelkeznek. A nem megfelelő koordináció esetén előfordulhat, hogy egy későbbi, érzékenyebb védelmi fokozat hamarabb próbál meg működésbe lépni, mint az előtte lévő, nagyobb teherbírású, ami a finomabb védelem azonnali tönkremeneteléhez és a védelmi lánc megszakadásához vezet. Ennek elkerülése érdekében a legbiztonságosabb megoldás, ha a teljes védelmi rendszert egyetlen gyártó termékeiből építik fel, mivel így garantálható az elemek közötti tökéletes összhang.   

Túlfeszültség-levezetők (SPD) osztályai és a szakszerű telepítés normái

A belső villámvédelem gerincét a túlfeszültség-levezető eszközök, vagyis az SPD-k (Surge Protective Device) adják. Ezeket a készülékeket a levezetőképességük, védelmi szintjük és a telepítés helye alapján különböző osztályokba sorolják, hogy egy lépcsőzetes, egymásra épülő védelmi rendszert alkossanak. A korábbi, közismert B, C, D osztályozást mára felváltotta a nemzetközi szabványoknak (pl. IEC 61643-11) megfelelő T1, T2, T3 (Type 1, Type 2, Type 3) jelölés, de a funkciójuk és elhelyezésük logikája változatlan maradt. A rendszer csak akkor működik hatékonyan, ha minden osztály a megfelelő helyre kerül, és az eszközök megfelelően vannak koordinálva.

Az első és legerősebb védelmi vonalat a T1-es (korábban B osztályú) villámáram-levezető képezi. Ezt az eszközt az épület főelosztójába, a villámvédelmi zónák határán (LPZ 0 és LPZ 1 között) kell telepíteni. Különösen fontos az alkalmazása olyan épületeknél, amelyek külső villámvédelmi rendszerrel is rendelkeznek, mivel itt kell számolni a közvetlen villámcsapásból származó, rendkívül nagy energiájú részáramok behatolásával. A T1-es levezetők képességét egy speciális, 10/350 µs-os hullámalakú impulzussal tesztelik, ami a közvetlen villámcsapás energiatartalmát és lassú lefolyását szimulálja. Feladatuk, hogy a beérkező hatalmas energiát a földelőrendszer felé vezessék, és a túlfeszültséget egy még mindig magas, de a belső hálózat számára már kezelhetőbb szintre (jellemzően 4-6 kV alá) korlátozzák.

A második védelmi fokozatot a T2-es (korábban C osztályú) túlfeszültség-levezető biztosítja. Ezeket jellemzően az alelosztókban (pl. emeleti elosztószekrényekben), az LPZ 1 és LPZ 2 zónák határán helyezik el. Feladatuk a távoli villámcsapások által indukált, vagy a hálózati kapcsolási műveletek során keletkező túlfeszültségek korlátozása, valamint a T1-es levezetőn áthaladt maradékfeszültség további csökkentése. A T2-es levezetők tesztelése egy gyorsabb lefolyású, de kisebb energiájú, 8/20 µs-os hullámalakkal történik. Alkalmazásuk akkor is indokolt, ha a védendő készülék több mint 5-10 méterre található a főelosztótól, mert a hosszú vezetékeken ismételten veszélyes túlfeszültségek indukálódhatnak.

A harmadik, egyben utolsó védelmi szint a T3-as (korábban D osztályú) finomvédelem. Ezeket az eszközöket közvetlenül a védendő érzékeny készülékek (számítógép, televízió, hifi-berendezés) elé kell telepíteni, például speciális túlfeszültség-védett aljzatok vagy elosztók formájában. A T3-as védelem feladata, hogy a hálózaton még mindig jelenlévő, kisebb amplitúdójú feszültségtüskéket egy olyan alacsony szintre (jellemzően 1,5 kV alá) korlátozza, amelyet az elektronikai eszközök tápegysége már károsodás nélkül képes elviselni. Ezek az eszközök a legérzékenyebbek, de csak akkor tudják ellátni feladatukat, ha az előttük lévő T1-es és T2-es fokozatok már lecsökkentették a túlfeszültség energiáját egy számukra elviselhető mértékűre.