Biztonságos otthon

Villámvédelem és működése

A villámvédelem története

Úgy az emberekre, mint az állatokra igaz az a megállapítás, hogy ösztönösen félnek a villámlásoktól. Villámcsapás hatására az állatokon még ma is páni félelem lesz úrrá, és hajdanában az emberek a villámlást az iste­nek haragjának, a nekik szóló büntetésnek hitték. Miután nem ismerték a jelenség kelet­kezésének okait, jobb híján különféle babo­nás szokásokkal védekeztek ellene. Nagyon sokáig egyfajta tűzjelenségnek vélték, és csak a fizikai tudományok fejlődése követ­keztében vetődött fel az a gondolat, hogy talán mégsem tűz, hanem inkább egyfajta elektromos elven létrejövő természeti jelen­ségről lehet szó.

Benjámin Franklin szerepe

A kérdés tisztázása végett Benjámin Franklin amerikai tudós publikációjában javaslatot tett egy – elméleti feltételezésére alapuló – kísér­let elvégzésére. Ebben részletesen kifejtette meglátását, majd ennek alapján, 1752. június 15-én végre is hajtotta híres, papírsárkány villámhárítós kísérletét. Tudós barátja, Joseph Priestley ezt így örökítette meg az utókor számára Az elektromosság története és jelen állapota (History and Present Status of Electricity) című művében: „Hogy a lehető leg­teljesebb módon kimutassa az elektromos folyadék és a villámlás anyagának azonos­ságát, Franklin doktor kieszelte, hogyan lehet ténylegesen lehozni a villámot az egekből…”

A szakemberek legtöbbje egyetért azzal, hogy a kísérlet napján született meg a villám­védelem tudománya, ugyanis Franklin azt bizonyította be, hogy a villámlás elektromos jellegű természeti jelenség és ez a megállapí­tása korszakalkotónak bizonyult.

Villámhárító elvének feltalálása

A sokoldalú tudós elektromos kutatásai elve­zettek a villámhárító elvének feltalálásához. Rájött arra, hogy a hegyes végű fémvezetők képesek levezetni a villámkisülést, méghozzá a becsapási ponttól képesti távolabbi helye­ken is. Úgy vélte, hogy ez a tudás hasznos lehet akkor is, ha a házakat meg akarjuk védeni a villámoktól. Miután egy sor kísérle­tet elvégzett a saját házánál, a jelenlegi Pennsylvaniai Egyetemen (University of Pennsylvania) és a későbbi Independence Hallban állított fel villámhárítókat.

A tudomány szempontjából meghatározóan fontos kísérlet óta eltelt több mint 260 év, de ma sem ért véget a villámvédelem szakmai fejlődése. Habár napjainkig rengeteg kutatás, eredményes vizsgálat zajlott, és számos helytálló elméleti következtetés látott napvilá­got, mégis továbbra sem csökkenő mértékű kihívást jelent a fejlesztők, tervezők, kivitele­zők és a gyakorlati szakemberek számára a villámvédelemmel kapcsolatos jelenségek vizsgálata, valamint a járulékosan fellépő káros hatások elleni védekezés továbbfej­lesztése.

A villámcsapás fizikája

Az már régóta közismert dolog, hogy a vil­lámcsapás egyfajta természeti jelenség, de a létrejöttének valódi okával az átlagemberek közül csak kevesen vannak tisztában. Miután ez egy nagyon sokrétű jelenség, amely bár igen változatos formában képes megjelenni fellépni, de nagyon rövid ideig tart, bizony még a szabad szemmel történő megfigyelése sem egyszerű feladat.

Sokkal hatékonyabb és eredményesebb az előre bekapcsolt videofilmes megfigyelés és képrögzítés. Ez a módszer a látványt ugyan képes megörökíteni, de hiába látjuk – esetleg a kép lelassított lejátszását – a felvillanást, a jelenség fizikai magyarázatáig ezen az úton mégsem juthatunk el. A villámlás folyamatá­nak megismerését a műszeres megfigye­lések segítik, amelyek elemezése révén kap­tak válaszokat a tudósok az addigi kérdé­seikre.

A villámcsapás elektromos töltéskisülés, amely felléphet a zivatari felhőn belül, ezen felhők között, vagy a talaj és viharfelhők kö­zött. A villám keletkezését a zivatari felhőkben kialakuló, közel azonos számú, ellentétes polaritású, de egymáshoz képest elkülönülve csoportosuló töltések felhalmozódásával magyarázzák. Nyilvánvaló, hogy az ilyen töltésgyarapodás szemmel nem látható, és csak akkor érzékeljük a jelenséget, ha a fel­halmozódás nagysága meghalad egy kritikus értéket. Ekkor az egyik töltésmezőből villa­mos kisülési folyamat indul meg a – közeli, vagy távolabbi – környezetében előforduló, ellentétes polaritású mező felé. A jelenséget erősen leegyszerűsített módon mutattuk be, a valóságban ennél sokkal összetettebb formában szokott lezajlani.

A tulajdonképpeni villámot egy elővillámlási jelenség vezeti be, amely több lépésben ioni­zálja a levegőcsatornát, és annak egyre nagyobb szakaszát változtatja villamosan vezetőképessé. Eközben a földfelületről (vagy az ellentétes előjelű elektromossággal feltöl­tött felhő felől), főként a kiemelkedő részek­ből megindul az ellentétes előjelű elektromos­ság áramlása a felhő felé. Az ionizált légcsa­tornán nem csak egy, hanem több – egymást kis időkéséssel követő – villám is áthaladhat. A kisülésben szállított töltésmennyiség mind­össze 1-2 coulomb, mégis az átlagosan 0,2 s-ig tartó kisülési időtartam alatt 30-100 kA értékű áramerősség léphet fel. A villám hala­dási sebessége 180 km/s, míg a hőmérséklet elérheti a 30 000 K-t, vagyis igen pusztító energiaáramlás lép fel.

Villám

A villámok a zivatarok velejárói, nem csak az épületekben okozhatnak közvetlen károkat, megrongálhatják a vezetékeket, a házban lévő villamos berendezéseket is

A töltésáramlás három irányban is felléphet, ugyanis létezik föld-felhő, felhő-föld, illetve felhő-felhő között is. Amikor a villamos tölté­sek a talajfelszínről kiemelkedő tereptárgya­kon halmozódnak fel, ez az állapot – a csúcs­hatás következtében – a környezeti levegő szigetelőképességének átmeneti letörését okozza. Ilyenkor a talajfelszínről meginduló töltések egy része kilép a tereptárgy környe­zetében található levegőbe, aminek követ­keztében megkezdődik az előkisülés folya­mata a felhő irányába. Hasonlóan alakulhat ki az előkisülési folyamat a felhők talaj közeli feléből is a Föld irányába. Bármelyik helyről elkezdődő villamos jelenség rövid idő alatt begyorsítva és felerősödve eljuthat a főkisülésig, amely lefutása időben több szakaszra osztható.

A villámvédelem fejlődése

Miután a villámcsapás, mint természeti jelen­ség, már régóta létezik, és az emberiségre közvetlen valamint közvetett veszélyt is jelent­het, ajánlatos védekezni ellene. A kérdés csak az, hogy miként és milyen mértékben?

Tökéletesen működő villámvédelem nem léte­zik, kielégítően megbízható viszont készíthető. A villámvédelmi rendszerek kialakításában az elméleti számításokon kívül a gyakorlati ta­pasztalatok eredményei, valamint a jó szán­dékú, ám téves elképzelések kudarcai sokat segítettek. A védekezés legelső, már eredmé­nyes formája az épületekre megtervezett külső villámvédelmi rendszer telepítése volt. Az épít­mények legmagasabban található pontjaira fémszerkezetű felfogókat építettek ki, ame­lyekből – legtöbbször az oldalfalak mentén – levezetőket építettek a földig, és ott – az arra megfelelően kialakított – földelőszondákba kötötték be.

Kezdetben az épületekre csak egy acél felfogórudat telepítettek, amelyet egy függőleges nyomvonalú levezetővel kötöttek be a földelőszondába. Miután ez a fajta villámvédelem nem bizonyult elég hatékonynak, a későbbiekben már az épületek tetőgerincén végigvezették a felfogóvezetőket, és ezt kom­binálták néhány felfogóruddal, vagyis össze­tett lett a hálózat, és a levezetők meg a földelőszondák számát is megnövelték.

A korszerűen kialakított külsőtéri villámvéde­lemnek ma is része maradt a felfogószerkezet, a levezető és a földelőszonda is, de a techni­ka fejlődése szükségessé tette az építmé­nyek belső villámvédelmét is.

A villámvédelmi szabványok változása

Szabályok rögzítik a villámvédelmi rendszerek létesítését és üzemeltetését a nemzeti vagy nemzetközi szabványok előírásai szerint kell megtervezni, megépíteni és felülvizsgálni. Ma-gyárországon 2011. október 6-ig az MSZ 274 villámvédelmi szabvány szakmai előírásainak betartása volt kötelező. Az MSZ 274 évtizede­ken keresztül volt hatályban, a nagyon kis mértékben módosított változatai pedig először a 2/2002 (I. 23.) BM, majd a 9/2008 (II. 22.) ÖTM rendeletekben jelentek meg. Az eredeti szabvány szakmai szemlélete változatlanul érvényes volt mindhárom megjelenési formá­ban, ezért ezt a fajta villámvédelmi rendszert a 274VR rövidítéssel is jelölhetjük.

A nevezett szabvány lényegét úgy foglalhat­juk össze, hogy ez elsősorban egy adott építmény geometriai adottságai – magasság, a behatároló falak és a tető anyaga stb. -alapján határozta meg az adott helyen alkal­mazandó villámvédelmi rendszert. Ezenkívül számolt még az építményben tartózkodó emberek létszámával is, de ennek nem volt meghatározó szerepe. A villámvédelmi terve­zők az építmény térbeli és fizikai adottságait elfogadva készítették el terveiket, és nem elemezték ki az épület szigetelőképességét, és egyéb villamos jellemzőit.

Villámhárító

Az épület minden fontos sarkán helyezzünk el levezetőt. Ezek úgy helyezkedjenek el – minél távolabb az ajtóktól, ablakoktól -, hogy ne keresztezzenek erkélyt, balkont, felvonóaknát

Villámvédelem terén alapvető szakmai változ­tatást jelentett a 28/2011. (XI. 6.) BM ren­delet, amely a gyakorlatban Országos Tűz­védelmi Szabályzat (OTSZ) néven ismert. Az új előírta az MSZ EN 62305 szabvány kötele­ző alkalmazását. Ez a szabvány valójában egy nemzetközi, az Európai Unióban már ko­rábban bevezetett villámvédelmi szabvány magyar fordítása, és az unió többi országá­ban is ezt kell alkalmazni. Ez egyúttal para­digmaváltást hozott a villámvédelem terén, mert új tartalmat és a norma szerinti villámvé­delmi rendszert vezette be, amelynek jelölé­sére célszerű az NVR rövidítést használni.

Szakmai szemléletének lényege az, hogy kiemelten kezeli és elsődlegesnek tartja az emberi élet megvédésének fontosságát a villámcsapás káros hatásai ellen. A szab­vány ezt a feltételt sorolta az első helyre, és kimondta, hogy minden villamos és építé­szeti jellemzőt alá kell rendelni e követelmény betarthatóságának. A külső villámvédelem mellett az épület belsejében található összes fémes vezetékben keletkező nem kívánt túl­feszültség elleni védekezést is részletesen tárgyalja, és ennek érdekében számos védel­mi intézkedést írhat elő.

A terepszint fölött a villámhárító levezetését szögvassal kell védeni a rongálástól

A terepszint fölött a villámhárító levezetését szögvassal kell védeni a rongálástól

A villamos tervezést megelőzi egy kockázat­elemzési számítás, amellyel meg kell vizsgálni az építmény fizikai jellemzőit és a környeze­tét, a benne tartózkodó emberek létszámát, a betervezett – erős- és gyengeáramú -elektromos hálózatok kialakítását, az összes közműcsatlakozás adottságait, az épület­szerkezeti elemek tűzvédelmi jellemzőit stb. és ezek összességét úgy kell elrendezni vagy ellátni védelmi készülékekkel, hogy az élőlé­nyeket érő veszély mértéke az előírt érték alatt maradjon.

A kockázatelemzési számítás ezenkívül a közszolgáltatás zavartalanságát, a kulturális értékek és az anyagi javak védelmét is meg­vizsgálja, és előírja, hogy az említett kockázattípusok egy adott küszöbérték alatt maradja­nak. Lényeges újdonság a korábbi előírások­hoz képest az is, hogy a kockázatelemzés villamos szigetelőképesség szempontjából is megvizsgálja az épület egyes jellemzőit – bel­ső helyiségek padlóburkolatainak anyagát, épület falazat melletti térborítását -, és adott esetben az elemzés eredménye módosítást is előírhat az eredeti építész tervhez képest. Ez teljesen új helyzet, mert korábban az elekt­romos tervezők nem minősítették az építmé­nyeket.

A villámvédelmi szabványok alkalmazása

Ahogy már szóba került, kétféle villámvédelmi rendszerről és ezért kétféle szakmai tartalom­ról lehet beszélni Magyarországon 2011. szeptember 6. óta. Az MSZ 274 szabvány szerinti 274VR rendszer csak a már meglévő épületekre érvényes. Az új OTSZ-ben, vala­mint az MSZ EN 62305 szabványban talál­ható, norma szerinti NVR előírásokat – egy-két kivételtől eltekintve – kötelező alkalmazni min­den új létesítményre, továbbá akkor is, ha a régebbi épületek rendeltetése megváltozik.

Az elmondottakból pedig az következik, hogy az épületek tulajdonosai nem dönthetnek szabadon arról, hogy létesítenek-e villám­védelmi rendszert az építményeiken, vagy sem, hanem azt kell tenniük, amit előír szá­mukra a vonatkozó 28/2011. (IX. 6.) BM ren­delet.

Az NVR villámvédelmi rendszerek tervezését, kivitelezését és felülvizsgálatát csak norma szerinti jogosultsággal rendelkező szakem­berek végezhetik, a nem jogosult „laikusok” munkavégzése viszont szigorúan TILOS!

Túlfeszültség elleni védelem

A belső, túlfeszültség elleni védelem megóvja a villamos fogyasztókat a villám okozta villamos és mágneses hatásoktól, amelyek a villamos hálózaton terjednek

Belső villámvédelem

Amennyiben egy társasházban nincs megoldva a belső villámvédelem, a megoldások egyike lehet a túlfeszültségvédelem utolsó fokozatának létesítése, ez az elosztóba lehet beépítve

A villamos tervezők névsora a Magyar Mérnöki Kamara honlapján megtalálható. Csak azok tervezhetnek norma szerinti villámvédelmi rendszert (NVR), akiknél a jogosultsági felsorolásukban megtalálható a Vn betűjelölés.

Az NVR villámvédelmi tervezőknek háromféle munkát kell elvégezniük:

  • NVR kockázatelemzés a teljes villám­védelmi munka koncepcióját és fokozatát határozza meg az emberi élet védelmének szem előtt tartásával; nem csak a védendő épületet, hanem annak környezetét és az abba becsatlakozó vezetékeket is meg­vizsgálja a villámveszély szempontjából;
  • NVR külső villámvédelem az épületekre kerülő külső villámvédelmi rendszert hatá­rozza meg;
  • NVR belső villámvédelem az épületeken belül lévő villamos és elektronikus rend­szerek túlfeszültség elleni védelmére szolgál.

A villámvédelmi rendszer néhány fontos eleme

Az NVR külső villámvédelmi rendszerek külső­téri megjelenése a 274VR rendszerekhez nagyon hasonló, vagyis itt is ugyanúgy van­nak villámvédelmi felfogóvezetők, villámvé­delmi levezetők és földelőszondák. A rend­szereszközök elhelyezési számításában és egyes kialakítási részletekben viszont nagy változás ment végbe, de ez a laikusok szá­mára nem érzékelhető.

Az NVR belső villámvédelemben egyrészt a belső potenciálkiegyenlítő hálózat megter­vezése és létesítése jelent többlettartalmat a 274VR hálózathoz képest, másrészt pedig többfokozatú, koordinált túlfeszültségvédelmi eszközöket telepítenek az épület főelosztójá­ba, valamint az alelosztókba, esetleg még a védendő (pl. számítógép, TV készülék stb.) berendezésekhez is.

Nagyon fontos azt is tudni, hogy nem csak az erősáramú energiaellátó vezetékeket látják el túlfeszültség-védelmi berendezésekkel, ha­nem a gyengeáramú (telefon, kábel TV stb.) vezetékeket is.

Az NVR rendszer az épületeket villámvédelmi zónákra osztja, és ezeket átlépik, keresztezik a belső kábelek, vezetékek, fémcsövek stb. Minden zónaváltási hely közelében és min­den vezeték számára szükséges elhelyezni egy – megfelelően kiválasztott és méreteze­tett – védelmi eszközt.

Az eszközök egyik csoportja megjelenésé­ben kissé hasonlít a fogyasztásmérőknél látható többfázisú kismegszakítókra, másik részük pedig egyedi kialakítású készülék­dobozban kerül forgalomba. A túlfeszültség védelmi eszközöket – az erre szakosodott cégek – fejlesztik és gyártják. Bár a termé­keik nagyon hasonló elven működnek, azon­ban a készülékek egymással mégsem csere­szabatosak, ezért nagyon fontos betartani azt a szabályt, hogy egy épületben csak egyféle gyártó termékeit szabad alkalmaz­ni. A megállapítás egyaránt érvényes a csa­ládi házakra és a soklakásos lakóépüle­tekre is.

Végezetül pedig nyomatékosan ki kell hang­súlyozni, hogy az NVR rendszerek létesítése komplex szaktudást igényel, emiatt a Vn jo­gosultsággal nem rendelkező szakemberek semmiféle változtatást se hajtsanak végre az elektromos, illetve a villámvédelmi hálóza­tokon. A jó szándékú, ám laikus emberek kontárkodása csak kárt fog okozni, ezért nagyon ajánlatos elhárítani a „segítségüket”.

Kapcsolódó cikkek