Villamos szakmai rendszerszemlélet

A rendszerszemlélet szükségessége és alapjai

Egy ’80-as évekbeli és egy mai, korszerűnek tekinthető családi- vagy társasházi lakóépületben található vezetékrendszerek – mint infrastrukturális rendszerek – számszerű és funkcionális összehasonlítása igen jelentős különbségeket mutat. Ez igaz az irodákra, üzletekre és egyéb „kommunális” funkciójú épületekre nézve is. Ezek a különbségek az utóbbi pár évtized során bekövetkezett számottevő technikai fejlődés következményei.
A fejlődés üteme folyamatosan gyorsul, ami nem kis részben az információtechnikai forradalom közvetlen, vagy közvetett következménye. Ennek kapcsán a komfortunkat és kényelmünket, biztonságunkat szolgáló berendezések és rendszerek jelentős teret nyertek életünkben.

Az erősáramú villamos szakma szakembereinek bizony igyekezniük kell, ha lépést akarnak tartani a változásokkal és az egyre bővülő ismeretekkel. Alapvetően lényeges, hogy egy épület villamosenergia-ellátásához, valamint az élet- és vagyonbiztonság feltételeinek megteremtéséhez rendelődő műszaki tartalmak – így a vezetékes nyomvonalak helye és száma, valamint az elosztások és a készülék-elhelyezések – alapvetően az épület villanyszerelési munkálatai során jönnek létre és ezzel a kialakítás és az ebből eredő összerendeltség hosszú távon meghatározottá válik, amin a későbbiekben változtatni csak komoly műszaki beavatkozások árán lehetséges.
Éppen ezért minden gyakorló szakember számára elengedhetetlen egy olyan szakmai rendszerszemlélet felépítése, aminek eredményeként a vezetékes hálózatok és más, épülethez tartozó, vezetőképes szerkezetek, valamint a hozzájuk rendelt funkciók, mint együttműködő rendszerek legyenek kezelve. Ismerni kell az épületek különböző rendszerei közötti kölcsönhatások, a nem kívánt, zavaró, esetleg veszélyeztető hatások működési mechanizmusait és az elkerülés, vagy a kiküszöbölés eljárásait, szakmai módszereit.
Előbbiek elsőre talán bonyolultnak tűnnek, azonban éppen a rendszerszintű gondolkodásmód teremt rendet és megfelelő összefüggéseket. Megfelelő szakmai tagolással az egész kezelhetővé válik és ez szükséges is, mivel egy épületben villamos szempontból tulajdonképpen minden mindennel kapcsolatba, kölcsönhatásba kerül. E kölcsönhatások természete és mértéke a meghatározó arra nézve, hogy a kivitelezések során milyen kialakítási, elhelyezési, méretezési, kiválasztási stb. tényezőket kell figyelembe venni – természetesen a vonatkozó szabványelőírások figyelembe vételével. A szabványelőírások egyébként a tárgyalt összefüggéseket figyelembe veszik.

 

Az épületek vezetőképes rendszerei

Az épületek gyenge- és erősáramú vezetékes rendszereit, valamint a vezetőképes anyagú, földelt vagy földeletlen, de önálló potenciállal rendelkező szerkezeteket villamos szempontból egységes szemlélet alapján kell számba venni. Ennek oka, hogy ezek a rendszerek áramokat vezetnek, vagy vezethetnek, ami tüzet és/vagy nem megengedhető potenciál-különbségeket okozhat az épületen belül, áramütéses balesetet, illetve a védendő készülékek zavarát, meghibásodását okozva. Az épületek belső tereinek élet- és vagyonvédelmi szempontból védett tereknek kell lenniük és e szempontnak nyilvánvaló prioritást kell kapnia a vezetékes, illetve vezetőképes rendszerek kialakítása során. Az érintésvédelem, a fő egyenpotenciálú összekötések, a villám- és túlfeszültségek elleni védelem, a túláramvédelem és az EMC előírásrendszerei az élet- és vagyonbiztonság teljesülését szolgálják, ezek felépülése és egymással való kapcsolatuk is rendszerszintű.

Egy épülethez rendelten – felsorolás szinten – a következő vezetékes és vezetőképes, villamos szempontból tárgyalandó rendszerek vannak jelen, vagy lehetnek szükségesek.

o Földelőrendszer

A földelőrendszer kialakításának és alkalmazásának célja az épületben, illetve az épületen bármely okból a föld felé folyó áramok veszélytelen módon történő levezetésének biztosítása. Föld felé folyó áramok hibaáramokként, illetve az épületet, az épület környezetét, vagy az épületre csatlakozó valamely vezetékes rendszert ért villámcsapás bekövetkezte esetén fellépő rész-villámáramokként fordulhatnak elő. Mértékadó igénybevételként nyilván a villámáram jelenik meg. Minden erősáramú ellátással és/vagy külső villámvédelmi felfogó és levezető rendszerrel rendelkező épületnek saját földelőrendszerrel kell rendelkeznie. A földelőrendszer az adott épület érintésvédelmi és/vagy villámvédelmi célra létesített, illetve alkalmazott földelőinek és számottevően földeltnek tekinthető szerkezeteinek villamos szempontból összekötött, tehát villamos szempontból egyesített rendszere. Más jellegű épület/létesítmény esetében további (pl. üzemi) földelő(k) alkalmazása is szükséges lehet. A hatályos szabványelőírások épületek esetében alapozásföldelő alkalmazását helyezik előtérbe, mivel ez a kivitel számottevő többletköltségek nélkül ad jó műszaki eredményt, és a beton tartós korrózió elleni védelmet biztosít a beleágyazott acélnak, ami az épülettel azonosan hosszú élettartamot garantál. Víz ellen szigetelt épületalapok esetén az épület betonalapozása nem megfelelően nedves és a földtől villamosan is elszigeteltté válik. Ekkor épület körföldelő, vagy rúd-, szalagföldelők villamosan összekötött rendszerének alkalmazása szükséges. Az épületen belüli villamos biztonság kérdésével igen szorosan összefügg, hogy hiba- vagy villámáramok hatására az épület vezetőképes szerkezeteinek potenciálja minél kisebb mértékben térjen el az épület alatti talajfelület potenciáljától. Ez nem pontosan azt jelenti, hogy a földelőrendszer szétterjedési ellenállása minél kisebb legyen, sokkal inkább azt, hogy az épület földelőrendszere jelenlétével minél nagyobb mértékben képes legyen vezérelni az épület alatti talaj potenciálját. Éppen ezért egy földelő telepítése érintésvédelmi célra akkor sem elegendő, ha egyébként megfelelő értékű lenne. A földelőrendszer erősáramú (érintésvédelmi) szempontból alkalmazandó csatlakoztatási pontja a fő földelőkapocs, illetve -sín.

o Külső villámvédelmi rendszer

Az épület villámvédelmi besorolása, vagy az épületet érő közvetlen villámcsapás valószínűségének kockázatelemzése alapján – élet- és vagyonvédelmi célból – szükséges lehet az épületen, illetve a létesítményhez rendelten külső villámvédelmi felfogó- és levezető rendszer létesítése, ami szaktervezést igényel. Az előírásoknak megfelelő külső villámvédelmi rendszer létesítésével elkerülhető, hogy a villám árama – nem tervezett úton, de az épület szerkezeti elemein keresztül haladva a föld felé – behatoljon az épület belső tereibe és ott közvetlen módon veszélyeztessen, károkat okozzon. A külső védelem megvalósításán túl a villám másodlagos (épületen belüli) hatásai ellen is tervezett módon védekezni kell. Ennek hiányában előfordulhat, hogy az épületen belüli (védett) terekben átütések, átívelések következnek be, illetve a vezetékes, vezetőképes hurkokban meg nem engedhető értékű melegedések lépnek fel. E veszélyes és káros hatások a villámcsatorna körül fellépő elektromágneses tér, az elektromágneses villámimpulzus (LEMP) induktív úton ható következményei.

o Belső túlfeszültség-védelem

A tűz elleni védekezés jogszabályi előírásai alapján élet- és vagyonvédelmi célból a villámcsapások másodlagos hatásai elleni műszaki védekezés részeként minden épületben kötelező előírásszerű kivitelben belső túlfeszültség elleni védelmet létesíteni, ahol külső villámvédelmi berendezés létesül. Ugyanígy kötelező az előírásszerű kialakítás, ahol a túlfeszültségekből eredő kár-kockázatok miatt a védelem kialakítására gazdasági értelmű döntés születik. A nem előírásszerű kialakítások szabálytalanok, ezért nem megengedettek, mivel beavatkozva a villám részáramok eloszlásába és útjába akár többlet-veszélyeztetést is okozhatnak. A túlfeszültségek elleni védelem eszközeit azokon az épületre csatlakozó vezetékes hálózatokon kell alkalmazni, amelyek vezetői üzemi állapotban nem földeltek, vagy közvetlenül nem földelhetők (pl. erősáramú, jelátviteli stb. vezetékek). A belső túlfeszültségek elleni védelem részeként az erősáramú vezetékhálózat kezdőpontján – az épület fővezetékének kezdeti szakaszán, lehetőleg a méretlen betápláláshoz rendelten – 1. osztályú (durva fokozatú) túlfeszültség-korlátozó készüléket kell beépíteni, illetve a vezetékhálózatok további szakaszain, a felhasználói hálózat további, megfelelő pontjain, védelmi szempontból koordinált módon történő elhelyezésben túlfeszültség-védelmi eszközöket kell elhelyezni. A rendszer kialakítása egyszerű esetben a készülékgyártók előírásai alapján történhet, de a hatékony védelem érdekében a rendszer kialakítását sokkal célszerűbb erre jogosított szakemberrel megterveztetni, mivel a sok felmerülő szempont egyidejű figyelembe vétele szakértői szemléletmód alkalmazását igényli. A csatlakozó főelosztóhoz, illetve a méretlen fővezetékben elhelyezendő kialakítás és az 1. osztályú túlfeszültség-védelmi eszköz csak az elosztói engedélyes által jóváhagyott lehet.

o Fő egyenpotenciálú összekötések

A fő egyenpotenciálú összekötések (EPH) létesítésének célja az épület kiterjedtebb fémszerkezeteinek és az épületen belül található egyéb fémszerkezetek megbízható rögzítése a földpotenciálhoz. Ez az adott szerkezeteknek az épület földelőrendszerével való tervszerű összekötés útján (EPH-rendszer kiépítésével) valósul meg. A fő egyenpotenciálú összekötések rendszerét mindenhol kötelező kialakítani, ahol védővezetős érintésvédelem alkalmazására kerül sor, és a védővezető csatlakoztatásával védett villamos készülék testekkel együtt a házi fémhálózatokhoz tartozó fémszerkezetek (pl. fémcsövek) megérinthetők, vagy előírt méretet meghaladó, önállóan is számottevő potenciált képviselő fémszerkezetek (fémlépcső, fémtartály stb.) fordulnak elő. A kialakítás érdekében önálló, vezetékes rendszerként, a földelőrendszerről történő bekötések, illetve szükség esetén faágszerűen szétágazó, gerinc- és leágazó vezetékekből álló EPH-rendszer létesítése szükséges, ami az erősáramú hálózat kialakításától független (de vele azonos nyomvonalú lehet). A rendszerszintű kialakítást a hiánytalanul és előírt módon megvalósított bekötések jelentik. További, önálló bekötésekre lehet szükség az épületen belül akkor, ha az épületben szükségessé válik a túlfeszültség- és zavarvédelem követelményeinek megfelelően magasabb védettségű védelmi zónák kialakítása (az MSZ IEC 1312-1 szabványban meghatározott zóna-koncepciónak megfelelően).
A védővezetős érintésvédelmi rendszer és az EPH-rendszer előírások szerinti kialakítása együttesen biztosítja, hogy az épületen belüli, egyidejűleg érinthető szerkezetek között semmilyen körülmények között ne jöhessen létre potenciálkülönbség.

o Kiegészítő egyenpotenciálú összekötések

A kiegészítő egyenpotenciálú összekötések létesítésének célja a szabvány által villamos szempontból kifejezetten veszélyesnek ítélt, pl. zuhanyt, fürdőkádat tartalmazó helyiségekben a potenciálkülönbségek létrejöttének megakadályozása. Műszakilag ez helyileg létrehozandó vezetékes összekötések útján történik, amikor minden fémes szerkezetet, valamint a védővezetőt a vonatkozó szabvány által tárgyalt kialakításban egymással vezetékes úton össze kell kötni.

o Védővezetős érintésvédelmi rendszer

Az érintésvédelem célja életvédelmi cél, az áramütéses balesetek bekövetkeztének műszaki eszközök alkalmazásával történő megakadályozása. Az épület erősáramú vezetékrendszerének vagy vezetékrendszereinek részét képezően minden áramkör végpontjáig terjedően – egyfázisú áramkörökben harmadik, háromfázisú áramkörökben ötödik vezetőként – védővezetők (PE-vezetők) kiépítése szükséges. A védővezetők faág-szerűen elágazó rendszerének kezdőpontja a fő földelősínre csatlakozik. Attól függően beszélünk TN-, illetve TT-rendszerről, hogy az épület betápláló N-vezetője villamosan össze van kötve a földelőrendszerrel vagy sem. Villamos készülék hibájának fellépte esetén az érintett áramkör védővezetőjén keresztül hibaáram folyik a fő földelősín (majd a földelőrendszer) felé. A hibaáram annak megfelelően földzárlati vagy fáziszárlati áram, hogy TT- vagy TN-rendszerről van szó. A hibaáram hatására az érintésvédelmi lekapcsolásra illetékes védelmi eszköznek előírt időn belül le kell kapcsolnia. A fogyasztói berendezések érintésvédelmét, illetve túláram elleni védelmét védelmi eszközöknek a fogyasztói főelosztóban kell lenniük (védelem egyszeres hiba esetére, alapvédelem). Az érintésvédelmi eszközök között általános alkalmazásúak az áram-védőkapcsolók (RCD) és a kismegszakítók. Előbbiek differenciál-érzékelés, utóbbiak túláram-érzékelés útján érzékelik a villamos hiba felléptét és megfelelő méretezés mellett gyakorlatilag pillanatszerű kioldást adnak.

o Túláramvédelmi rendszer

A túláram elleni védelem alkalmazásának célja a túláramok érzékelése és előírt időn belüli lekapcsolása. A túláramok fogalma alá a túlterhelések és a zárlatok tartoznak. Túlterhelések rendellenes üzemállapotok következtében, illetve egy áramkörre kapcsolódó túlzott, összegződő villamos terhelések hatására alakulhatnak ki. A tartós túlterhelési állapot villamos meghibásodáshoz, tűzhöz, illetve tartós berendezés-sérüléshez vezethet, ezért ezt megelőzően a túlterhelést jelentő áramot előírt időn belül le kell kapcsolni. A zárlatok villamos hibák következményei (szigetelésromlás, átütés stb.), amikor jellemző módon hirtelen a megengedhető üzemáram értékének többszöröse lép fel az áramkörben. A túláram elleni védelem eszközei az olvadóbiztosító betétek és a megszakítók, kismegszakítók. Lakás áramkörökben túláramvédelmi célra 25 A névleges áramértékkel bezárólag csak kismegszakító alkalmazható. Egy épület, illetve a felhasználói (fogyasztói) vezetékhálózat (és berendezések) túláramvédelmi rendszere az első túláramvédelmi készülékkel kezdődik. Az első túláramvédelmi készülék többlakásos épület esetén a csatlakozó főelosztóban levő késes biztosítóaljzat a benne elhelyezett késes olvadóbiztosító betétekkel, egyébként a fogyasztásmérőnél elhelyezett kismegszakító. Amennyiben az épület kiterjedtebb méretlen fővezeték-rendszerrel rendelkezik, úgy a túláram elleni védelem lépcsőzött kialakítása is szükséges lehet. A túláramvédelmi eszközök összehangolt, rendszerszintű működése biztosítja, hogy hiba fellépte esetén csak a szükséges legkisebb hálózatrész választódjon le (szelektivitás).
A fogyasztásmérőknél elhelyezett kismegszakítók az adott fogyasztásmérő és az utána következő mért fővezeték túláram elleni védelmét látja el, illetve túlterhelés elleni védelemként – szerződés szerint – meghatározzák, behatárolják a rajtuk keresztül igénybe vehető legnagyobb áramerősség értéket.

o Egyéb vezetékes rendszerek

Az épületekben – méretüknek és funkciójuknak megfelelően – a felsoroltakon kívül akár több funkcionális célt szolgáló vezetékes rendszer is lehet:

o vezetékes épület-technológiai rendszerek,
o tartalék áramellátó rendszer,
o riasztórendszer, zárt láncú televíziós, illetve megfigyelő rendszer,
o külső- és belső távközlési hálózat, rendszer,
o informatikai hálózat, illetve rendszer.

Az előbbiekben felsorolt vezetékes rendszerek egymással és a földelőrendszerrel, valamint az erősáramú hálózattal is akár több módon és helyen, közvetlen vezetőképes villamos kapcsolatba kerülnek vagy kerülhetnek, sőt az utóbbi a tápfeszültség-ellátás miatt szinte kikerülhetetlen. Ezek a villamos összeköttetések, illetve érintkezések akár több ponton is létrejöhetnek védővezetőkön és EPH-csatlakozásokon keresztül, akár ismert utakon, akár szándékolatlan módon. A nagyobb feszültségű és nagyobb áramú rendszerek, mint pl. az épület erősáramú hálózata nyilvánvalóan nagyobb veszélyeztetést jelent, pl. a jelátviteli rendszerekre, mint viszont. Egy erősáramú villamos hiba, illetve egy érintésvédelmi probléma fellépte esetén azonban bármelyik vezetőképes rendszer oda közvetítheti a fellépő hibafeszültséget, ahol talán nincs is erősáramú berendezés. Ez önmagában is súlyos probléma, de természetesen a vonatkozó műszaki előírások betartásával az ilyen jellegű veszélyek kiküszöbölhetők (EPH, összecsatolások, leválasztások, érintésvédelmi bekötések, szabályos szerelések). Sokkal rejtettebbek és nehezebben kezelhetők a nem kívánt vezetőképes hurkok, a kóboráramok és az egyéb, zavart, adott esetben működésképtelenséget okozó EMC-problémák következményei. Az EMC épületeken belüli okokra visszavezethető problémáinak számottevő része tipikusan az itt tárgyalt rendszerek közötti kölcsönhatások figyelmen kívül hagyására vezethető vissza.

Mint már szó volt róla, a villamos rendszerek tervszerű, illetve megfelelően átgondolt kialakítása képezi az alapját az együttműködő, illetve egymás mellett, vagy egymásra épülően üzemelő vezetékes rendszerek zavartalan üzemének. Ebben éppen a villanyszerelők tehetnek érdemben a legtöbbet, mivel a többi vezetékes rendszerre vonatkozóan jelentős részben az erősáramú vezetékek jelentenek EMC-zavarforrást, illetve erősáramú, illetve túlfeszültség szempontú veszélyeztetést.

A publikáció a 2007. szeptember 27-én a debreceni Főnix Csarnokban rendezett Villanyszerelő Konferencia „Erősáramú szakmai rendszerszemlélet” című előadására épült.

Forrás: Ádám Zoltán, www.villanyszaklap.hu