A villámvédelem kettősségének megszüntetése évek óta napirenden van. Bár igazi áttörés nem történt a témában, a nem norma szerinti villámvédelem egységesített követelményrendszere, amely a villamos TvMI legújabb kiadásában jelent meg, jelentős lépést tesz ebbe az irányba azzal, hogy változtat a villámvédelmi berendezés kialakításához használható anyagokon és szerkezeteken. Ezek a változások szemmel látható hatással lesznek a villámvédelem gyakorlatára is.
Előzmények: az MSZ 274-től a 9/2008. ÖTM rendeletig
A villámhárító berendezés kialakításához felhasználható anyagokra vonatkozó követelményeket eredetileg maga az MSZ 274 tartalmazta. A szabvány tehát nemcsak azt határozta meg, hogy a villámhárítót hogyan kell kialakítani, hanem azt is, hogy miből: a villámáram vezetésében szerepet játszó, ezért a védelmi rendszer „működése” szempontjából lényeges szerkezeti elemek, így mindenekelőtt a vezetők és az ezek kötésére-toldására szolgáló kapcsok anyagát, méretét, bizonyos esetekben pedig a szerkezeti kialakítását is megadta.
Ez a szabályozási struktúra a 9/2008. ÖTM rendelet megjelenésekor gyökeresen megváltozott, mert a termékek és szolgáltatások szabad áramlására vonatkozó európai uniós irányelvek miatt a termékkövetelményként értelmezhető részek törlésre kerültek. E módosításnak elméletileg jelentős gyakorlati problémát kellett volna okoznia, és csak azért nem történt így, mert a szakma természetes „tehetetlenségénél” – vagy mondjuk inkább úgy, rugalmasságánál – fogva a követelmények hiányát a régi követelményekkel pótolta. Azzal a ténnyel, hogy a 2000-es évek elején elkezdtek megjelenni a villámvédelmi elemekre (azaz a villámhárító kialakításához használt termékekre) vonatkozó uniós termékszabványok, nálunk akkoriban senki nem foglalkozott, mert az nem illeszkedett a villámvédelem Magyarországon jelentős hagyományokkal bíró rendszerébe.
Az egzakt követelményeket egyre inkább felváltotta a megszokás, az „így szoktuk csinálni”-ra hivatkozás, amely a műszaki életben, pláne a műszaki biztonság területén szerencsésnek semmiképp nem nevezhető. Egyebek mellett ennek a problémának a kezelésére született meg a nem norma szerinti villámvédelem egységes követelményrendszere, amelyre gyakran „NNV 2020”-ként hivatkozunk, és amely a villamos TvMI 5. kiadásában jelent meg, június 13-án. Innentől kezdődően a nem norma szerinti villámvédelmi berendezés kialakításához használható anyagok és szerkezetek témája látszólag egyszerűen elintézhető azzal a hivatkozással, amelyet az NNV 2020 is tartalmaz, hogy a villámvédelmi berendezés kialakításához az MSZ EN 62561 szabványsorozatnak megfelelő termékek alkalmasak. Mindjárt látjuk majd, hogy ez azért nem teljesen így van.
A változás hatása a gyakorlatra
A szakembereket érthető módon kevéssé érdekli, ha a változás csupán annyi, hogy a szabályozás egyértelműsíti a kialakult gyakorlatot. Ez önmagában nem is indokolná, hogy egy cikket szenteljünk a témának. Nem állíthatjuk, hogy a nem norma szerinti villámvédelem egységesített követelményrendszere fenekestül felforgatja az életünket, de azért tartalmaz olyan részleteket, amelyek nem elhanyagolható módon érintik a gyakorlatot. Rögtön látni fogjuk például, hogy a villámvédelmi berendezés lényeges részét képező vezetőkre vonatkozó követelmények enyhültek, és ez – legalábbis ezen a tételsoron – a költségek csökkentését teszi lehetővé.
Nem lebecsülendő az sem, hogy például az ún. helyzetfokozatokra vonatkozó követelmények változásai kihatnak a villámvédelmi berendezés egészének küllemére, hiszen az épületekből „kevésbé kiálló”, ezért kevésbé feltűnő, esztétikusabb megoldások alkalmazását teszi lehetővé (1. kép). Nem tagadható ugyanakkor, hogy a természetes villámvédelmi elemek felhasználhatóságával kapcsolatban továbbra is vannak kérdések, és éppen ezért érdemes áttekintenünk az anyaghasználatot befolyásoló követelményeket, külön vizsgálva a villámvédelmi berendezés mesterséges és természetes elemeire vonatkozó szabályozást.
1. kép: A nem norma szerinti villámvédelem jellegzetes látványa. A felfogó és a levezető elhelyezési távolsága – a szabvány téves értelmezése miatt is – gyakran túlzó volt. Az új követelményrendszer lehetőséget ad esztétikusabb megoldások alkalmazására is, a nélkül, hogy ez a biztonság rovására menne.
Mesterséges felfogók
A villamos TvMI 10.3.1.3. pontja alapján mesterséges felfogóként az MSZ EN 62561-2 szabvány követelményeit teljesítő vezetőket lehet felhasználni, lásd az 1. táblázatot. Ez a szabályozás a kialakult gyakorlatban szokásosan használt 10-es (vagy akár 12-es) helyett a 8-as átmérőjű huzalok alkalmazását is lehetővé teszi, úgy is tekinthetjük tehát, hogy a követelmények lazultak. Az MSZ EN 62561-2 közvetve a korrózióvédelemre is tartalmaz követelményeket, mert csak olyan anyagok alkalmazhatóak, amelyek ellenállóak, vagy ellenállóvá vannak téve a légköri korrózióval szemben (alumínium, réz, horganyzott acél). Így felületvédelem nélküli acél a szabvány alapján már nem alkalmazható. Az MSZ 274 eredetileg ezt nem zárta ki, de hozzátartozik az igazsághoz, hogy az utóbbi években nem volt már jellemző a felületvédelem nélküli acél használata, mert aki betonacélból készítette a villámhárítót, az is horganyoztatta az anyagokat…
1. táblázat: Az NNV 2020 alapján alkalmazható mesterséges felfogók (egyszerűsített táblázat az MSZ EN 62561-2 alapján)
Anyag Kialakítás Minimális átmérő Réz Felfogóvezető (huzal) Felfogórúd, max. 1 m hosszúságig Felfogórúd, 1 m-nél hosszabb 8 mm 10 mm 16 mm Alumínium Felfogóvezető (huzal) Felfogórúd, max. 1 m hosszúságig Felfogórúd, 1 m-nél hosszabb 8 mm 10 mm 16 mm Horganyzott acél Felfogóvezető (huzal) Felfogórúd, max. 1 m hosszúságig Felfogórúd, 1 m-nél hosszabb 8 mm 10 mm 16 mm
A felfogó kialakítását természetesen nem önmagában a felfogórudak és -vezetők anyagára és keresztmetszetére vonatkozó követelmények határozzák meg, hanem az is, hogy ezeket hogyan lehet rögzíteni az elhelyezésükre szolgáló (tető-) felületen. Ezen a téren az NNV 2020 komoly változást hoz azzal, hogy változtat az elhelyezési fokozatokra vonatkozó szabályokon, és átveszi az MSZ EN 62305 gyakorlatát (lásd. a VL 2022/6. számában megjelent cikket). Emiatt a felfogóvezetőknél korábban megszokott 50 cm kiemelés várhatóan eltűnik majd (lásd a borítófotót), helyette elég 15 cm, illetve – a tetőfelület éghetőségétől függően – akár 10 cm alkalmazása is.
Természetes felfogók
Az NNV 2020 tulajdonképp örökölte a 9/2008. ÖTM rendeletnek azt a hibáját, hogy bár lehetővé teszi a természetes felfogók alkalmazását, azt nem mondja meg, hogy az e célra alkalmazni kívánt szerkezeteknek milyen követelményeket kell teljesíteniük. E hiba keletkezése – és az, hogy ennek javítása miért nem történt meg az NNV 2020-ban – érdekes történet, de a gyakorló szakembereket bizonyára jobban érdekli, hogy az érvényes szabályozás szerint mely szerkezeteket lehet természetes felfogóként használni. Lemezfelületek esetén a minimális lemezvastagság tekintetében a tető T2 csoportba sorolására vonatkozó szabályok (ld. Villamos TvMI 10.1.3.) szakasza ad támpontot a kérdés megválaszolásához, és ennek alapján a 2. táblázat ismerteti a főbb követelményeket. Feltűnhet, hogy ezek az értékek lényesen kedvezőbbek, mint amit az MSZ EN 62305 tartalmaz (tekintetbe véve, hogy lemezfelületek alatt jellemzően éghető anyagok jelenlétével kell számolni, és így az MSZ EN 62305-ben megadott szigorúbb lemezvastagság-értékeket kell teljesíteni). A természetes levezetőként használható lemezfedésekre vonatkozó vastagsági követelmények tehát továbbra is eltérnek az NNV 2020-ban és az MSZ EN 62305-ben, annak ellenére, hogy az NNV 2020 kidolgozásánál hangsúlyos szempont volt a két szabályrendszer közelítése. (Ez azonban jelentős mértékű beavatkozást tett volna szükségessé a nem norma szerinti villámvédelemben, és visszamenőleges hatásokkal is járt volna.) Itt kell megjegyeznünk azt is, hogy az itt leírtak nem azt jelentik, hogy természetes felfogót csak abban az esetben lehet alkalmazni, ha az építmény a T2 csoportba van sorolva! Mindez csupán arra szolgál, hogy pótoljuk a korábbi és a jelenlegi szabályozás hiányosságait.
2. táblázat: Természetes felfogóként használható lemezfelületek minimális lemezvastagsága (a T2-be sorolás feltételeivel összhangban, a fémtartályok kivételével)
Anyag Lemezvastagság* Réz 0,5 mm Acél 0,5 mm Alumínium 1,0 mm Cink 3,0 mm *Fémtartályokra nem ezek a követelmények vonatkoznak! Ld. Villamos TvMI. 10.1.3.4.
A lemezfelületek természetes felfogóként történő alkalmazásának a megfelelő folytonosság is feltétele. Ennek műszaki tartalma korábban sem volt és most sincs részletesen kifejtve. Az épületek tetejét borító lemezfelületeknél ez általában nem okoz különösebb problémát, mert a felületek lefedése jellemzően nagyobb lemezdarabokkal történik, amelyek a rendeltetésből fakadóan elég jól illeszkednek ahhoz, hogy a villámáram vezetése biztosított legyen. Ez nem csak a csavarozással, de a korcolással és egyéb illesztési módokkal létrehozott lemezfelületekre is igaz. (Laboratóriumi vizsgálatok azt is mutatják, hogy a viszonylag kisebb, 1–2 m2-es darabokból álló ún. cserepeslemez-fedések is elfogadhatóak ebből a szempontból: bár az illesztéseknél jelentős szikrázással kell számolni a villámáram vezetésekor, de ezek tüzet nem okoznak, és a mechanikai károsodás sem olyan mértékű, amely különösebb aggályokat vetne fel.) Mondhatjuk tehát, hogy a folytonosság egzakt műszaki tartalmának hiánya nem nagyon zavaró.
Természetes felfogóként azonban nemcsak lemezfelületek, hanem más szerkezetek felhasználása is szóba jöhet. Sajnos, az NNV 2020-ból az ezekre vonatkozó követelmény hiányzik. Azonban nem követünk el hibát, ha a különböző szerkezetek természetes felfogóként történő alkalmazhatóságának értékelésekor az MSZ EN 62305 követelményeit vesszük alapul, melynek alapján a folytonos, legalább 50 mm2 keresztmetszetű szerkezetek általában megfelelnek e célra. (Ez a kijelentés a „normál” tartószerkezetekre, esetleg díszítő elemekre vonatkozik, a gépészeti csővezetékek felhasználására vonatkozó szabályok értelemszerűen bonyolultabbak, de ezzel itt most nem foglalkozunk.)
Mesterséges levezetők
A mesterséges levezetőkkel kapcsolatban lényegében ugyanazt mondhatjuk el, mint a mesterséges felfogókról. Méretüknek és anyaguknak a Villamos TvMI 10.3.2.4. pontja alapján az MSZ EN 62561-2 szabvány követelményeit kell teljesíteniük, és ennek révén a 8-as átmérőjű huzalok e célra is bőven megfelelőek.
Ennél lényegesebb annak megemlítése – és e tekintetben is hasonlóság van a felfogókra és a levezetőkre vonatkozó követelményekben –, hogy az elhelyezési fokozatokra vonatkozó szabályozás változása a levezető kialakítását is érinti, aminek következtében a levezető és rögzítésre szolgáló felület közötti távolság gyakorlatilag minden esetben nullára csökkenthető. Ez lehetővé teszi azt is, hogy a levezető közvetlenül éghető szigetelőanyagba (pl. a szokásosan alkalmazott polisztirol habokba) legyen beágyazva, és így választ ad arra kérdésre, hogy régi épületek utólagos hőszigetelésekor a levezető környezetében kőzetgyapotra kell-e cserélni a szigetelést (2. kép). Nem szükséges – de természetesen nem tilos.
Kőzetgyapotra cserélt hőszigetelés a levezető mentén. Szükségtelen intézkedés, mert villámáram levezetésekor a szerkezetileg folytonos levezető várható hőmérsékletnövekedése nem éri el a polisztirol hőszigetelés meggyújtásához szükséges hőmérsékletet.
Természetes levezetők
A természetes levezetők tekintetében hasonló problémával, vagyis az egyértelmű szabályozás hiányával találkozunk, mint a felfogóknál. Az ok ugyanaz, és a megoldás is hasonló a fentebb leírtakhoz.
Lemezfelületek esetén a szükséges minimális lemezvastagság tekintetében a körítőfalakra vonatkozó csoportosítás (ld. Villamos TvMI 10.1.4.) szakasza ad iránymutatást, és ennek alapján a legalább 0,5 mm vastag lemezfelületek anyaguktól függetlenül alkalmasak a természetes levezetőként történő használatra. Ez a követelmény megegyezik az MSZ EN 62305 szabványéval, ezért itt – eltérően a természetes felfogóktól – egyéb szerkezetek esetében is fenntartás nélkül hivatkozhatunk az MSZ EN 62305 követelményeire.
A folytonosság értelemszerűen a természetes levezetőként történő alkalmazásnak is feltétele, ennek ismérvei azonban ugyanúgy nincsenek rögzítve, mint a felfogók esetében.
A természetes felfogóknál elmondottakhoz hasonlóan itt is hangsúlyoznunk kell, hogy az NNV 2020 értelmében természetes levezetőt akkor is lehet alkalmazni, ha az építmény nem a K2 csoportba van sorolva, a K2 csoportra hivatkozás csupán a természetes levezetőkre vonatkozó követelmények meghatározásához ad segítséget.
Mérési hely
Mérési helynél a mesterséges-természetes felosztás alkalmazása nem szokás, bár egy kissé erőltetve mondhatjuk azt, hogy előbbiek a vizsgáló összekötők, utóbbiak pedig a vizsgáló csatlakozók. Ennek boncolgatásánál lényegesebb, hogy az MSZ 274 eredetileg a vizsgáló összekötők szerkezeti kialakítására és a levezető mérési hely alatti szakaszának mechanikai védelmére is tartalmazott követelményeket.
Hangsúlyozottan a vizsgáló összekötő szerkezeti kialakítására és a mechanikai védelemre vonatkozó követelményeket az NNV 2020 már nem tartalmaz: a vizsgáló összekötő érdemben nem különbözik a levezetőrendszer bármely más pontján alkalmazott összekötőktől, az MSZ EN 62561-1 követelményeit teljesítő termékek használhatóak e célra. A csavarok méretére, számára stb. nincs előírás.
Azokon a helyeken, ahol a levezető mechanikai védelmének biztosítása szükséges, az MSZ EN 62561-2 legalább 16 mm-es átmérő alkalmazását követeli meg. A kialakult gyakorlat ezt a követelményt a könnyen hozzáférhető, például közlekedési útvonalon lévő levezető alsó, a mérési hely és a talajfelszín közötti szakaszára vonatkoztatja, vagyis azokra a helyzetekre, amelyekben korábban szögacélt alkalmaztunk (3. a és b kép).
4. a és b. Fotó: Balra a mechanikai védelem hagyományos kialakítását látjuk, jobbra pedig az MSZ 62561-2 követelményeit kielégítő megoldást. Az e célra használt ún. földelő-csatlakozórudak nemcsak a mechanikai védelmet biztosítják, hanem a talajfelszínt átlépő vezető fokozott korrózióvédelmét is.
Földelő
Elméletileg a földelőket is feloszthatjuk mesterséges és természetes földelőkre, de utóbbiak létesítése még új építményeknél sem javasolt, nemhogy meglévő építményekre. A nem norma szerinti villámvédelem hatálya alá tartozó építményeknél keretföldelők vagy egyedi földelők (földelőrudak) létesítése a jellemző, márpedig ezek mesterséges földelők, ebből következően a természetes földelőkkel nem kell foglalkoznunk.
A mesterséges földelők anyagára, szerkezeti kialakítására vonatkozó szabályok logikája követi a felfogóét, illetve levezetőét, azaz itt is az MSZ EN 62561-2-re hivatkozik az NNV 2020. Az ennek alapján használható főbb kialakításokat a 3. táblázat ismerteti. Ezzel kapcsolatban talán arra érdemes felhívni a figyelmet, hogy a (talajba ágyazott) korrózióvédelem nélküli acél alkalmazása nem elégíti ki a vonatkozó követelményeket.
3. táblázat: Talajba ágyazott mesterséges földelők legkisebb megengedett méretei az MSZ EN 62561-2 alapján, a gyakrabban használt kialakításokra.
Anyag Kivitel Minimális méret Réz Huzal Rúd Cső Szalag 8 mm átmérő 15 mm átmérő* 20 mm átmérő, 2 mm vastagság 50 mm2, 2 mm vastagság Horganyzott acél Huzal Rúd Cső Szalag Profil 10 mm átmérő 14 mm átmérő* 25 mm átmérő, 2 mm vastagság 90 mm2, 3 mm vastagság 50x50x3 mm Saválló acél Huzal Rúd Szalag 10 mm átmérő 15 mm átmérő* 100 mm2, 2 mm vastagság * A gyakorlatban 20-asnál kisebb átmérő alkalmazása nem jellemző
Amennyiben a villámvédelmi földelő nem keretföldelőként vagy (az épületen kívüli) földelőrúdként létesül, hanem ún. alapozásföldelőként, akkor vonatkozik rá az MSZ 18014 szabvány is. Tekintve azonban, hogy alapozásföldelő létesítése – az NNV 2020 alkalmazásával összefüggésben – legfeljebb csak meglévő épületek bővítésekor jöhet szóba, ennek kicsi a jelentősége.
Kötőelemek
A (mesterséges) felfogó és levezető toldási-kötési helyeinek kialakításával az MSZ 274 külön is foglalkozott, így például egyes esetekre vonatkozóan – nem csak a vizsgáló összekötőknél – megadta, hogy a vezetők toldására, kötésére használható összekötőknek mennyi és mekkora csavarral kell rendelkezniük. Az idők folyamán ezek a követelmények is kikoptak a nem norma szerinti villámvédelemből, a 9/2008. ÖTM rendelettel kiadott OTSZ már nem tartalmazott erre vonatkozó szabályt.
A mesterséges felfogók, levezetők és földelők folytonosságának biztosítása azonban nagyon lényeges, ezért előrelépésnek tekinthető, hogy az NNV 2020 az MSZ EN 62561 szabványsorozatra történő hivatkozással ezt a helyzetet is egyértelműsíti: az MSZ EN 62561-1 követelményeit teljesítő összekötők – amennyiben anyaguk megfelel az elhelyezésből fakadó korrózióvédelmi szempontoknak – minden további nélkül alkalmasak a felfogót, levezetőt, illetve földelőt alkotó vezetők összekötésére és egyéb csatlakozások létesítésére.
A folytonosság feltétele a villámvédelemben
A villámvédelemben – a norma szerintiben és a nem norma szerintiben is – gyakran szóba kerül a villámvédelmi rendszert (LPS-t), illetve a villámvédelmi berendezést alkotó szerkezetek folytonosságának kérdése. Azokban az esetekben, amikor a villámvédelmi rendszert mesterséges elemek alkotják, a villámcsapás talppontja, azaz a felfogó és a levezető között általánosságban kevesebb áramút jön létre, mint amikor a villámáram levezetése kiterjedt fémszerkezeteken (lemezfelületeken, rácsszerkezeteken stb.) történik.
Ebből eredően a folytonossággal szembeni elvárás hangsúlyosabban jelenik meg a mesterséges elemekként használt huzalok összekötésére alkalmazott kapcsoknál, mint a természetes szerkezetek illesztéseinél. Ezért van, hogy miközben az összekötőkre és csatlakozókapcsokra az MSZ EN 62561-1 meglehetősen szigorú bevizsgálási követelményeket határoz meg, a természetes elemek folytonosságát a villámvédelem szabályrendszere – a norma szerinti villámvédelemben ugyanúgy, mint a nem norma szerintiben – meglehetősen lazán kezeli (4. kép). Ahogy azt Dr. Horváth Tibor: Villámvédelem című, 2001-es könyvében is olvashatjuk: „a nagy felületen, de bizonytalanul vagy esetleg kis hézaggal érintkező fémrészeket összefüggőnek lehet tekinteni, mert a levezetett villámáram sok párhuzamos úton oszlik meg.”
A természetes elemek folytonosságával kapcsolatos egzakt követelményt (0,2 Ohm átmeneti ellenállást) az MSZ EN 62305 is csak azoknál a szerkezeteknél – pl. előregyártott vasbeton elemeknél – támaszt, amelyeknél a folytonosság ténye szemrevételezéssel nem állapítható meg. Hozzátartozik az igazsághoz, hogy érzékelhető olyan szabványosítási törekvés, amely a követelmények szigorítását célozza. Egyelőre azonban az MSZ EN 62305 és az NNV 2020 folytonossági követelményei is az észszerűség határán belül vannak, teljesítésük értelmes módon lehetséges – és szükséges.
Segédlet a villámvédelmi rendszerek tervezéséhez, kialakításához, karbantartásához és felülvizsgálatához
4. kép: Szendvicspanelekkel gyakran találkozhatunk épületek tetején és homlokzatán is. Ezeknél a villámáram levezetéséhez szükséges folytonosság a panelek fegyverzetének érintkezésénél eleve teljesül, de a panelek rögzítése fém tartószerkezeten, vagy a panelekre (az illesztések, sarkok takarásánál) csavarozással rögzített záróprofilok is javítják a folytonosságot.