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.
- Hogyan fessünk biztonságosan?
- Tűzijáték otthoni biztonságos használata
- Veszélyek a lábunk alatt: padlóburkolatok
Ezek a cikkek is érdekelhetnek:
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.
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.
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 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!
A belső, túlfeszültség elleni védelem megóvja a villamos fogyasztókat a villám okozta villamos és mágneses hatásoktól, amelyek a villamos hálózaton terjednek
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.
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”.