Segédlet a villámvédelmi rendszerek tervezéséhez, kialakításához, karbantartásához és felülvizsgálatához

A villámvédelmi rendszer tervezése

Meglévő építmény villámvédelmi rendszerének kialakításakor ajánlatos mérlegelni a szabványnak megfelelő egyéb villámvédelmi intézkedéseket, amelyek azonos védelmi szintet eredményeznek, alacsonyabb költségek mellett. A legmegfelelőbb védelmi intézkedéseket az IEC 62305-2 alapján kell kiválasztani.

A villámvédelmi rendszert villámvédelmi tervezőnek és kivitelezőnek ajánlatos megterveznie és kiviteleznie. A villámvédelmi tervező és kivitelező legyen képes a villám villamos és mechanikai hatásainak felbecsülésére, és ismerje az elektromágneses összeférhetőség (EMC) alapelveit. A villámvédelmi tervező ezen kívül legyen képes a korróziós hatások felmérésére, és annak megítélésére, hogy szüksége van-e szakértői segítségre. A villámvédelmi kivitelezőnek legyen gyakorlata a villámvédelem elemeinek az e szabvány és az építési munkákat és építmények építését szabályozó nemzeti előírások követelményeinek megfelelő alkalmazásában. A villámvédelmi tervező és kivitelező feladatait egyetlen személy is elláthatja. Ahhoz, hogy valaki villámvédelmi tervező vagy kivitelező legyen, a vonatkozó szabványok alapos ismerete és több éves gyakorlat szükséges.

A villámvédelmi rendszer tervezése, kivitelezése és felülvizsgálata számos műszaki területet ölel fel, és az építményben érdekelt összes résztvevő összehangolt munkájára van szükség ahhoz, hogy a kiválasztott villámvédelmi szint a legkisebb költséggel és a lehető legkisebb ráfordítással valósuljon meg. A minőségbiztosításnak nagy a jelentősége, különösen a nagy kiterjedésű villamos és elektronikus rendszereket tartalmazó építményekben. A minőségbiztosítás folyamata a tervezési szakaszban az összes tervrajz ellenőrzésével kezdődik, majd a villámvédelem létesítése során az összes, a létesítés után már a felülvizsgálat számára nem hozzáférhető lényeges villámvédelmi elemnek az ellenőrzésével folytatódik. Az átadás során a minőségbiztosítást a villámvédelmi rendszer végső mérései és vizsgálati dokumentációjának elkészítése jelenti, amely a villámvédelmi rendszer teljes élettartama alatt érvényes, előírva az alapos időszakos felülvizsgálatok gyakoriságát a karbantartási programmal összhangban. Az építmény vagy a létesítmény megváltoztatásakor ajánlatos ellenőrizni, hogy a meglévő villámvédelem továbbra is megfelel-e ennek a szabványnak. Ha a védelem nem megfelelő, akkor azt ajánlatos haladéktalanul kijavítani. Javasolt, hogy a felfogók, levezetők, földelők, összekötések, elemek stb. anyagai, alkalmazási körülményei és méretei megfeleljenek az MSZ EN 62305-3:2011 szabványnak.

Egyeztetés, általános tájékoztatás

Új építmény tervezése és kivitelezése során a villámvédelmi tervező, a villámvédelmi kivitelező és az építmény kivitelezéséért felelős minden más személy (pl. beruházó, építész, kivitelező) rendszeresen egyeztessen egymással. Meglévő építmény villámvédelmének tervezése és kivitelezése során lehetőség szerint az építményért, annak használatáért, a berendezésekért és a belépő csatlakozóvezetékekért felelős személyek egyeztessenek egymással. Az egyeztetéseket lehetőleg a tulajdonossal, az épület kivitelezőjével vagy azok képviselőivel ajánlatos végezni. Meglévő építmények esetén a villámvédelmi tervezőnek ajánlatos elkészítenie a tervrajzokat, amelyeket szükség esetén a villámvédelmi kivitelező módosíthat. Az érintett felek közötti rendszeres egyeztetések hatékony villámvédelmet eredményezhetnek, a lehető legalacsonyabb költségek mellett. Például a villámvédelmi és a kivitelezési munkák összehangolása gyakran feleslegessé teszi sok összekötő vezető alkalmazását, illetve csökkenti azok hosszát. A kivitelezési költségek gyakran jelentősen csökkenthetők a különböző hálózatok építményen belüli közös nyomvonalvezetésével.

Az egyeztetés az építmény teljes kivitelezése során fontos, mivel az építmény terveinek megváltoztatása a villámvédelem módosítását is szükségessé teheti. Egyeztetésre azért is szükség van, hogy ellenőrizni lehessen a villámvédelmi rendszer azon elemeit, amelyeket az építmény elkészülte után már nem lehet szemrevételezni. Ezeken az egyeztetéseken lehet meghatározni a természetes elemek és a villámvédelmi rendszer közötti összes csatlakozást. Új kivitelezések esetén általában az építészek szervezik és irányítják az egyeztető tárgyalásokat.

A legfontosabb egyeztető partnerek

A villámvédelmi tervező az építmény tervezésében és kivitelezésében érintett összes résztvevővel egyeztessen a vonatkozó műszaki kérdésekben, beleértve az építmény tulajdonosát is. A villámvédelmi rendszer teljes létesítéséhez a villámvédelmi tervező az építésszel, a villamos kivitelezővel, az építészeti kivitelezővel, a villámvédelmi kivitelezővel és ahol van, a műemléki tanácsadóval, valamint a tulajdonossal vagy annak képviselőjével határozza meg a felelősség határait.

A villámvédelmi rendszer tervezésében és kivitelezésében érintett felek felelősségének tisztázása különösen fontos. Erre lehet példa az építmény vízszigetelésének áttörése a tetőre szerelt villámhárító elemek, vagy az építmény alapozása alatt lévő földelők csatlakozóvezetői által.

Építész

Az építésszel a következő területeken kell megállapodásra jutni:

1. a villámvédelmi rendszer összes vezetőjének nyomvonalvezetése,
2. a villámvédelmi rendszer anyagai,
3. az összes fémcsővel, csatornával, sínnel és hasonlókkal kapcsolatos részletek,
4. az építményen, az építményben vagy annak környezetében elhelyezkedő minden olyan berendezéssel, készülékkel, üzemi létesítménnyel stb. kapcsolatos részek, amelyeket a biztonsági távolság miatt esetleg át kell helyezni vagy össze kell csatolni a villámvédelmi rendszerrel. Ilyenekre példák a riasztórendszerek, biztonsági rendszerek, belső távközlési rendszerek, jel- és adatfeldolgozó rendszerek, rádió- és TV-áramkörök,
5. minden olyan, földben lévő vezetőképes anyagú csatlakozóvezeték elhelyezkedése, amely befolyásolhatja a földelőrendszer elhelyezését, és amelyek csak védőtávolságra lehetnek a villámvédelmi rendszertől,
6. a földelőrendszer telepítésére rendelkezésre álló terület,
7. a munkaterület kiterjedése, és a villámvédelmi rendszernek az építményhez történő főbb rögzítési pontjai meghatározásának felelőssége. Ezek a rögzítések például befolyásolják az anyagok vízzáró képességét (elsősorban a tetőn) stb.,
8. az építményben alkalmazott vezetőképes anyagok, különösen minden olyan folytonos fémszerkezet, amelyet esetleg össze kell kötni a villámvédelmi rendszerrel, például pillérek, betonvasalás és az építménybe belépő, kilépő vagy azon belüli fémes anyagú csatlakozóvezetékek,
9. a villámvédelmi rendszer látványa,
10. a villámvédelmi rendszer hatása az építmény kialakítására,
11. a betonvasaláshoz csatlakozó pontok elhelyezkedése, különösen ott, ahol ezek külső fémrészeken lépnek át (csövek, kábelárnyékolások stb.),
12. a villámvédelmi rendszernek a szomszédos épületek villámvédelmi rendszeréhez való csatlakozása.

Tűzvédelmi és biztonsági hatóságok

A tűzvédelmi és biztonsági hatóságokkal a következő területeken kell megállapodásra jutni:

• a riasztó- és tűzoltórendszer elemeinek elhelyezkedése,
• a kábelcsatornák nyomvonalvezetése, szerkezeti anyaga és lezárása,
• az alkalmazandó védelmi mód éghető tetejű építmények esetén.

Az elektronikus hálózatok és a külső antennák kivitelezői

Az elektronikus hálózatok és a külső antennák kivitelezőivel a következő területeken kell megállapodásra jutni:

• az antennatartók és a kábelárnyékolások elszigetelése a villámvédelmi rendszertől, vagy az azzal történő összecsatolásuk,
• az antennakábelek és a belső hálózat nyomvonalvezetése,
• túlfeszültség-védelmi eszközök telepítése.

Építési vállalkozó és kivitelező

Az építési vállalkozóval, a kivitelezővel és mindazokkal, akik az építmény és annak műszaki berendezéseinek kivitelezéséért felelősök, a következő területeken kell megállapodásra jutni:

1. a villámvédelmi rendszer számára a kivitelező által biztosított főbb rögzítőelemek alakja, elhelyezkedése és száma,
2. minden olyan rögzítőelem, amelyet a villámvédelmi tervező (vagy a villámvédelmi kivitelező vagy a villámvédelmi szállító) biztosít, de a kivitelező épít be,
3. a villámvédelmi rendszer építmény alatt elhelyezendő vezetőinek helye,
4. a villámvédelmi rendszer mely részét kívánják a kivitelezés során használni, például a végleges földelőrendszert a daruk, felvonók és egyéb fémszerkezetek földelésére lehet használni a helyszínen az építkezés alatt,
5. acélszerkezetes építmények esetén a pillérek száma és helye, valamint a földelővezetők és a villámvédelmi rendszer más részeinek a csatlakoztatásához szükséges rögzítések módja,
6. alkalmazhatók-e a fémburkolatok a villámvédelmi rendszer részeként,
7. a burkolat különálló részeinek villamos folytonosságát hogyan biztosítják, és ahol a fémburkolatok bevonhatók a villámvédel mi rendszerbe, ott hogyan csatlakoznak a villámvédelmi rendszer többi részéhez,
8. az építménybe a talajszint fölött és alatt belépő csatlakozóvezetékek típusa és helye, beleértve a szállítórendszereket, a TV- és rádióantennákat és azok fémtartóit, fémkürtőket és ablaktisztító szerkezeteket,
9. az építmény földelőrendszerének és az energetikai, valamint a távközlési csatlako zóvezetékek potenciálkiegyenlítésének koordinálása,
10. árbócok, tetőszinti üzemi helyiségek helye és száma, például liftgépházak, légtechnikai helyiségek, hőközpontok és légkondicionálók gépházai, víztartályok és más kiemelkedő tárgyak,
11. a villámvédelmi rendszer vezetőinek rögzítésére szolgáló megoldások meghatározása a tetőkön és a falakon, különös tekintettel az építmény vízszigetelésének épségére,
12. áttörések biztosítása az építményen az átmenő villámvédelmi levezetők számára,
13. csatlakozások biztosítása az acélszer kezetekhez, a betonvasaláshoz és az építmény egyéb vezetőképes részeihez,
14. az eltakarásra kerülő villámvédelmi részek, például a betonba ágyazott betonvasalás felülvizsgálatának ütemezése,
15. a vezetők legalkalmasabb anyagának kivá lasztása a korrózió szempontjából, különös tekintettel a különböző fémek érintkezési pontjára,
16. a vizsgáló összekötők hozzáférhetősége, a mechanikai sérülések és rongálás ellen védő nemfémes burkolatok biztosítása, az árbócok és más mozgatható tárgyak leengedése, a rendszeresen felülvizsgálandó berendezések, különösen a kémények,
17. a fenti részleteket tartalmazó, és minden vezető és lényeges elem helyét jelölő rajzok elkészítése,
18. a betonvasalás csatlakozási pontjainak helye.

Villamos és mechanikai követelmények

Villamos tervezés

A villámvédelmi tervező a lehető legmegfelelőbb villámvédelmi rendszert válassza, ami azt jelenti, hogy az építmény építészeti terveit figyelembe véve kell eldönteni, hogy elszigetelt vagy elszigeteletlen villámvédelmi rendszert, vagy ezek kombinációját ajánlatos alkalmazni. A villámvédelmi terv elkészítését megelőzően ajánlatos a talaj fajlagos ellenállását megmérni, és ajánlatos figyelembe venni a talaj fajlagos ellenállásának szezonális változását. A villámvédelmi rendszer alapvető villamos tervének kidolgozása során ajánlatos megfontolni, hogy az építmény alkalmas vezetőképes részeit a villámvédelmi rendszer természetes elemeiként fel lehet-e használni, akár a villámvédelmi rendszer hatékonyságának növelésére, akár annak lényeges részei gyanánt.

A villámvédelmi tervező felelőssége, hogy értékelje a villámvédelmi rendszer természetes elemeinek villamos és fizikai tulajdonságait, és megbizonyosodjon arról, hogy azok megfelelnek- e e szabvány minimális követelményeinek. A vasszerkezetek, mint például a vasbeton villámvédelmi vezetőként való felhasználása alapos megfontolást és a védendő építményre vonatkozó nemzeti építési előírások ismeretét igényli. A vasbeton acélbetétei felhasználhatók villámvédelmi vezetőként vagy olyan vezetőképes árnyékoló rétegként, amely az építményben a villám által keltett elektromágneses erőtereket csökkenti, miközben a villámáramok az elszigetelt villámvédelmi rendszerben folynak. Az ilyen villámvédelmi rendszer megkönnyíti a védekezést, különösen azokban a különleges építményekben, amelyekben nagy kiterjedésű villamos és elektronikus rendszerek vannak. A levezetők esetében szigorú létesítési előírásokra van szükség, hogy megfeleljenek a természetes elemekre vonatkozó minimális követelményeknek.

Mechanikai tervezés

A villámvédelmi tervezőnek a villamos tervezés során ajánlatos egyeztetnie az építményért felelős személyekkel a mechanikai tervezés kérdéseiről. Az esztétikai megfontolások, valamint az anyagok helyes megválasztása a korróziós kockázat csökkentése érdekében különösen fontosak. A villámvédelmi rendszer különböző elemeinek legkisebb méreteit és a villámvédelmi rendszer elemeihez felhasználható anyagokat a szabvány tartalmazza.

Más elemek, mint például rudak és kapcsok kiválasztásakor ajánlatos figyelembe venni az EN 62561 sorozatot. Ez biztosítja, hogy ezeknek az elemeknek a melegedése és mechanikai szilárdsága figyelembe legyen véve.

A szabvány táblázataiban szereplő méretektől és anyagoktól való eltéréskor a villámvédelmi tervezőnek vagy kivitelezőnek a kiválasztott villámvédelmi fokozathoz tartozó villámparaméterek felhasználásával kell meghatároznia a villámvédelmi vezetők melegedését a villámáram hatására, és ennek megfelelően méreteznie a vezetőket

Ha aggasztó, túlzott mértékű melegedés lép fel azon a felületen, amelyre az elemek rögzítve vannak (mert az éghető vagy alacsony az olvadáspontja), akkor vagy nagyobb keresztmetszetű vezetőt ajánlatos előírni, vagy más biztonsági intézkedést ajánlatos megfontolni, például távolságtartó elemek alkalmazását, vagy tűzálló rétegek behelyezését.

A villámvédelmi tervező azonosítsa a korrózió szempontjából kritikus összes helyet, és írja elő a megfelelő intézkedéseket. A villámvédelmi rendszer korróziója csökkenthető az anyagméretek növelésével, a korróziónak ellenálló elemek használatával, vagy egyéb korrózióvédelmi intézkedésekkel.

A villámvédelmi tervező és a villámvédelmi kivitelező olyan rögzítő- és tartóelemeket írjanak elő, amelyek ellenállnak a vezetőkben folyó villámáram keltette elektrodinamikus erőknek, valamint lehetővé teszik a vezetők hőmérséklet-változásából eredő méretváltozásokat. Ez megvalósítható az IEC 62561 sorozat szerint bevizsgált elemek használatával.

Építmény előrenyúló résszel

Azért, hogy csökkentsük annak a valószínűségét, hogy egy előrenyúló épületrész alatt álló emberen keresztül haladjon az előrenyúló falon lévő levezetőben folyó villámáram egy része, a d távolság tényleges értéke m-ben, elégítse ki a következő feltételt: d ≥ 2,5 + s, ahol s a szabvány előírásai szerint számított biztonsági távolság m-ben. A 2,5 m-es érték a karját függőlegesen kinyújtó ember ujjhegyeinek magassága. Az olyan vezető hurkokban, mint amely esetében a vízszintesen párhuzamosan, de ellenkező irányba futó vezetők között a távolság kicsi, nagy indukált feszültségek keletkezhetnek, és ennek eredményeképpen kisülés jöhet létre a falon keresztül, amely azt károsítja. Ha ebben az esetben nem teljesülnek a szabvány biztonsági távolságra vonatkozó feltételei, akkor a levezetőben lévő hurkot az építményen keresztül közvetlenül ajánlatos rövidre zárni.

Vasbeton építmények

Az ipari építmények gyakran helyszínen készült vasbetonrészekből állnak. Sok más esetben az építmények részei előre gyártott vasbetonelemeket vagy acélszerkezeteket tartalmazhatnak.

A vasbeton-építményekben lévő, szabvány szerinti betonvasalás felhasználható a villámvédelmi rendszer természetes elemeként. Az ilyen természetes elemeknek meg kell felelniük a következő követelményeknek:

• a levezetők szabvány szerintiek legyenek;
• a földelőrendszer a szabványban ismertetettek szerinti legyen.

A 0,2 Ω maximális eredő ellenállás követelménye ellenőrizhető a felfogóelrendezés és a földelőlemez közötti ellenállás mérésével, olyan mérőeszköz segítségével, amely alkalmas a négyvezetékes mérésre. A mérés során alkalmazott mérőáram kb. 10 A nagyságú legyen. Ha a vizsgálati terület nehezen hozzáférhető, vagy a méréshez használt kábelek nyomvonalvezetése túlságosan nehéz, akkor a felső mérési ponttól az alsó mérési pontig egy speciális erre a célra használt rúd is alkalmazható, annak érdekében, hogy a mérést minden pontban el lehessen végezni. A csatlakozások és a villámvédelmi levezető együttes ellenállása kiszámítható.

Ezen kívül a beton vezetőképes vasalása megfelelő kialakítás esetén felhasználható a belső villámvédelem szabvány szerinti potenciálkiegyenlítéséhez. Továbbá, az építmény vasszerkezete, ha erre alkalmas, akkor elektromágneses árnyékolásként is szolgálhat, amely az IEC 62305-4 szerint közreműködhet a villamos és elektronikus berendezéseknek a villám által keltett elektromágneses terekkel szembeni védelmében.

Fontos, hogy ellenőrizésre kerüljenek a villámvédelmi rendszer azon elemei, amelyeket az építmény elkészülte után már nem lehet szemrevételezni

Ha az építmény betonvasalása, vagy más vasszerkezete az előírások szerint mind belül, mind kívül villamosan összefüggő, akkor a fizikai károsodással szemben hatékony védelmet nyújthat.

Feltételezzük, hogy az áram sok, egymással párhuzamos ágban folyik. Így a háló eredő impedanciája kicsi, ennek következtében a villámáram által okozott feszültségesés is kicsi lesz. A betonvashálóban folyó áram által keltett mágneses tér gyenge, mert az áramsűrűség kicsi, és a párhuzamos ágakban folyó áramok egymással ellentétes irányú elektromágneses tereket hoznak létre. Ennek megfelelően csökken a szomszédos belső villamos vezetők zavarása. Az elektromágneses zavarással szembeni védelemmel kapcsolatban lásd az IEC 62305-4-et és az IEC 61000-5-2-t.

Ha egy helyiség villamosan összefüggő vasbetonfalakkal van teljesen körülvéve, akkor a betonvasalásban folyó villámáram által a falak közelében keltett mágneses tér kisebb, mintha a helyiséget tartalmazó épület hagyományos levezetőkkel lenne védve. Mivel a helyiségben lévő vezetőhurkokban kisebb feszültségek indukálódnak, a belső rendszerek védelme könynyebben megvalósítható.

A kivitelezés befejezése után már szinte lehetetlen megállapítani a betonvasalás elhelyezkedését és felépítését. Emiatt a betonvasalás kialakítását a villámvédelem céljára ajánlatos nagyon alaposan dokumentálni. Ezt a kivitelezés során készített tervrajzok, leírások és fotók segítségével lehet megtenni.

A nem norma szerinti villámvédelemhez használható anyagok és szerkezetek