s biztonsági távolság számítása

Átírás

1 Magyar Mérnöki Kamara ELEKTROTECHNIKAI TAGOZAT Villámvédelmi vizsgára felkészítő tanf s biztonsági távolság számítása Bevezetés Elszigetelt villámvédelem MSZ EN :2011, E függelék, E szakasz Szigetelt villámvédelmet (LPS) akkor kell alkalmazni, ha a külső villámvédelemmel kapcsolatban lévő belső, villamosan vezetőképes rendszerekben folyó villámrészáramok az építményben vagy annak beltartalmában kárt tudnak okozni. MEGJEGYZÉS: Szigetelt villámvédelem alkalmazása előnyös lehet, ha az építményen tervezett változtatások következtében az LPS rendszeren is várhatóan változtatásokat kell végrehajtani. Definíciószerűen az LPS rendszert akkor tekintjük szigeteltnek a 3.3 fejezet szerint, ha az építmény villamosan vezetőképes elemeivel és a potenciálkiegyenlítő rendszerrel csak a földfelszín magasságában van összekötve. A szigetelt LPS-t olyan felfogócsúcsokkal vagy felfogórudakkal lehet kialakítani, amelyek a védendő építmény mellett kerülnek elhelyezésre, vagy feszített szabadvezetékekkel a felfogórudak között, amely esetben a biztonsági távolság a 6.3 fejezet szerint betartásra kerül / S6048_a 1

2 L Levezető hossza s biztonsági távolság MSZ EN :2011, E függelék, E szakasz A külső villámvédelem (LPS) és minden villamosan vezető rész (amely az építmény potenciálkiegyenlítő hálózatával össze van kötve) között, a 6.3 fejezet szerinti biztonsági távolságot kell betartani. A biztonsági távolságot a 6.3 fejezetben lévő egyenlettel lehet meghatározni. Az s biztonsági távolság kiszámításához szükséges referenciahossz (lásd az 6.3-at) a potenciálkiegyenlítéshez történő csatlakozási pont és a megközelítés helye közötti távolság. A tetőn futó vezetőket és a levezetőket a lehető legrövidebb úton kell levezetni, úgy hogy a biztonsági távolság a lehető legkisebbre adódjon / S6168 Biztonsági távolság Belső fémes részek figyelembe vétele Biztonsági távolság s L (m) Indukciós hurok Az s biztonsági távolság lineárisan növekvő 2 EPH ,25 0,5 0,75 s (m) / S4503_a 2

3 Szerelési hiba Biztonsági távolság betartása? s? s? / S3634 Szerelési hiba Biztonsági távolság betartása? / S3635_NOP 3

4 Szerelési hiba Biztonsági távolság / S4014_b Mobiltelefon átjátszó állomás Toronyház Attika Antennakábel Villámvédelmi levezető csatlakoztatása / S3761_a 4

5 LIWEST, Linz / Ausztria Világítás az attikán (régi berendezés) Attika, mint természetes felfogó Elektromos betápkábel a világításhoz Lit.: Oberösterreichische Blitzschutzgesellschaft, Linz / S3735_ i Megközelítés Távközlési vezeték - levezető között Távközlési vezeték / S1999 5

6 Biztonsági távolság nincs betartva! Külső hőmérsékletérzékelő / S3709 Tönkrement távközlési kábel a levezetőhöz történő veszélyes megközelítés miatt / S1995 6

7 s biztonsági távolság Fémes vezetékek problémás nyomvonalvezetése s pl. elektromos kábel l / S6047 Külső villámvédelemi rendszer villamos szigetelése MSZ EN : , 6.3 fejezet A villamos szigetelés megvalósítható egyrészről a felfogó elrendezés vagy levezető másrészről az építmény fém installációi és az építmény belső rendszerei között, az ezen rendszerek közötti olyan d távolság kialakításával, ami nagyobb az s biztonsági távolságnál: k c s = k i l k m k i k c k m l függ a kiválasztott LPS villámvédelmi osztálytól (lásd az MSZ EN táblázatot); függ a villámáramtól, ami a levezetőben folyik (lásd az MSZ EN táblázatot); függ a villamos szigetelőanyagtól (lásd az MSZ EN táblázatot); hossz a felfogó-levezető együttes mentén méterben, amit a biztonsági távolság számításának helyétől kell meghatározni a potenciálkiegyenlítés legközelebbi pontjáig / S6045_a 7

8 A külső LPS szigetelése A k i és k m koefficiensek értékei Villámvédelmi osztály k i I 0,08 II 0,06 III és IV 0,04 Közbülső anyag k m Levegő 1 Beton, cserép 0,5 DEHNiso-* távtartó/ -Combi 0,7 1. megjegyzés Ha több szigetelőanyagot rétegezve kell figyelembe venni, akkor a gyakorlatban a legkisebb értéket kell k m -ként használni. 2. megjegyzés Más szigetelőanyagok k m tényezője iránt érdeklődjön D+S-nél / S6045_c Összehasonlítás 6.3 szakasz Fejezet MSZ EN :2009 MSZ EN : A külső villámvédelmi rendszer villamos elszigetelése Általános elvek.. MEGJEGYZÉS Az l hossz, a felfogórendszer mentén figyelmen kívül hagyható, olyan építmények esetében, ahol az összefüggő fém tető természetes felfogórendszerként funkcionál. új 2. megjegyzés: Más szigetelő anyagok alkalmazása esetén, a beépítési útmutatót és a k m értékét a gyártó bocsátja rendelkezésre szeptember 23. Villámvédelem 16 8

9 Biztonsági távolság k c tényező egy felfogórúd esetén k c = 1 Egy felfogórúd S / S1914_b Képletek a k c árameloszlási tényező számítására Képletek a k c árameloszlási tényező számítására két levezető és B típusú földelőelrendezés esetén h + c k c = 2h + c Alapképlet a k c árameloszlási tényező számítására 1 3 c k c = + 0,1 + 0,2 2 n h Magyarázat: n a levezetők száma összesen c két levezető között távolság h távolság (vagy magasság) a gyűrűs vezetők között / S2720_a 9

10 Példa az s biztonsági távolság számítására Nyeregtetős épület, III. villámvédelmi osztály Számítás MSZ EN szerint Levezetők száma: 4 c = 14 m l = 12 m h = 6 m 1 c k c = + 0,1 + 0,2 3 2 n h 8 m / S6118_d Összehasonlítás 6.3 szakasz Fejezet MSZ EN :2009 MSZ EN : A külső villámvédelmi rendszer villamos elszigetelése Általános elvek.. A kc tényező, azaz a villámáram eloszlása a felfogók/levezetők között függ az LPS fokozattól, a levezetők átlagos n számától, a levezetők helyzetétől, az összekötő gyűrűs vezetőktől, és a földelőrendszer típusától. A biztonsági távolság attól a feszültségeséstől függ, amely a biztonsági távolság szempontjából figyelembe vett pont és a földelő vagy a legközelebbi egyenpotenciálra hozó pont közötti legrövidebb áramút mentén esik. Fejezet MSZ EN :2009 MSZ EN :2011 új 6.3 A külső villámvédelmi rendszer villamos elszigetelése Egyszerű megközelítés Részletes megközelítés.. új új szeptember 23. Villámvédelem 20 10

11 Külső villámvédelemi rendszer villamos elszigetelése 6.3 A külső villámvédelmi rendszer villamos elszigetelése Egyszerűsített megközelítés Tipikus szerkezetek esetén a (4) egyenlet alkalmazása során a következő feltételeket kell figyelembe venni: k C függ a (rész-)villámáramtól, amely a levezető rendszeren folyik (lásd a 12. táblázatot és a C mellékletet); l a függőleges hossz, méterben, a levezető mentén attól a ponttól számítva ahol a biztonsági távolságot meg kell határozni a potenciálkiegyenlítés következő pontjáig szeptember 23. Villámvédelem 21 S biztonsági távolság számítása egyszerű eljárás 12. táblázat: Külső villámvédelemi rendszer elszigetelése a k C tényező értékei MEGJEGYZÉS: A12. táblázat értékei minden B és A típusú földelőrendszer esetén érvényesek feltéve, hogy a szomszédos földelők földelési értékei egymástól nem térnek el 1:2 aránytól nagyobb mértékben. Ha a szomszédos földelők földelési értékei egymástól 1:2 aránytól nagyobb mértékben eltérnek, akkor k C = 1 értéket kell figyelembe venni szeptember 23. Villámvédelem 22 11

12 Összehasonlítás E melléklet E Fejezet MSZ EN :2009 MSZ EN :2011 E melléklet (tájékozta tás) E Biztonsági távolság.. E Egyszerűsített megközelítés A szakasznak megfelelő egyszerűsített megközelítés akkor alkalmazható, ha az építmény vízszintes kiterjedése (szélessége vagy hosszúsága) nem nagyobb a magasság négyszeresénél új Villámvédelem 23 S biztonsági távolság számítása Részletes eljárás 6.3 A külső villámvédelmi rendszer villamos elszigetelése Részletes megközelítés Hálószerű felfogórendszerrel vagy a homlokzaton egymás alatt elhelyezett potenciálkiegyenlítő gyűrűkkel rendelkező külső villámvédelmi rendszer esetében a felfogó, vagy levezető egyes vezetőiben az árameloszlás következtében különböző áramértékek folynak. Ilyen esetekben az s biztonsági távolság pontosabb számítása érdekében az alábbi egyenletet lehet használni: s = k i (k c1 l 1 + k c2 l k cn l n ) / k m szeptember 23. Villámvédelem 24 12

13 Összehasonlítás C melléklet C.5 ábra Fejezet MSZ EN :2009 MSZ EN :2011 C melléklet (tájékoztatás) Nincs adat C.5 ábra - kc tényező értékei több levezetőből álló rendszer esetén új 1. MEGJEGYZÉS Az árameloszlás szabályai: a) Becsapási pont Az becsapási pontban felvett áram értékét el kell osztani a lehetséges áramutak számával. b) További csomópontok (kereszteződési pontok) Az áramot a hálószerű felfogórendszer minden további csomópontjában 50 %-kal kell csökkenteni. c) Levezető Az áramot ismét 50 %-kal kell csökkenteni, egészen olyan kc értékig, amely nem lehet kisebb, mint 1/n. (n... az összes levezető száma) szeptember 23. Villámvédelem 25 Képletek a k c árameloszlási tényező számítására A k c árameloszlási tényező nemzeti meghatározása hálószerű felfogórendszerrel rendelkező épületeknél A megközelítési ponttól az 1. csomópontig k c1 = 1 Az 1. csomóponttól a következő csomópontig két levezető esetén k c2 = 0,5 három levezető esetén k c2 = 0,33 négy levezető esetén k c2 = 0,25 Minden további csomópont megfelezi a k c értékét* * MEGJEGYZÉS: Az érték nem lehet kisebb mint 1 n / S2720_b 13

14 Biztonsági távolság Példa a részletes megközelítés alkalmazására s = k i (k c1 l 1 + k c2 l k cn l n ) / k m = s = 0,06 (0,5 8m + 0,25 4m + 0,125 10m + 0,063 10m + 0,042 8m) / 0,5 = s = 0,87m szilárd anyag esetén tetőfelépítmény h = 2m k c6 =0,042 l 6 = 8 m k c5 =0,063 l 5 = 10 m k c4 =0,125 felfogórúd l 4 = 10 m k c2 = 0,5 l 2 = 8 m k c3 = 0,25 l 3 = 4 m k c2 = 0,5 l 2 = 8 m tetőfelépítmény l=10m s 20 m Villámvédelmi fokozat: II Épület h magassága ill. az áramút l hossza a földelési r.ig: l = 8m Hálóosztás: 10m x 10m Levezetők száma: n = 24 A k c lehetséges legkisebb értéke: 1 1 n = 24 = 0, Példa az s biztonsági távolság számítására Lapostetős épület, III. villámvédelmi fokozat s távolság számítása MSZ EN Villámcsapás a felfogóba l 2 =5 m, k c2=0,5 l 2, k c2 s 2 k m 1 (lev.) tetőszellőző s 2 l 1 szell = 2,5 m k c1 = 1 k c1 l 1 szell s 3 h h = 15 m l 3, k c3 l 3 =15 m, k c3=0,25 c = 14 m c c c = 14 m Levezetők száma: / S6153_g 14

15 Példa az s biztonsági távolság számítására Lapostetős épület, III. villámvédelmi fokozat s távolság számítása MSZ EN Villámcsapás a felfogóba Megközelítés OK tetőszellőző s 2 k i s = (k c1 l 1 + k c2 l 2 + k c3 l 3 ) k m (k m = 1) s 2 k m 1 (lev.) tetőszellőző s 2 s 3 l 1 szell = 2,5 m k c1 = 1 k c1 l 1 szell s 2 = 0,04 1 (1 2,5m + 0,5 5m + 0,25 15m) = 0,35 m l 1 szell = 2,5 m, A felfogó hossza a megközelítés helyétől a következő csomópontig l 2 = 5 m, Az összekötő vezető legrövidebb távolsága az 1. csomóponttól a 2. csomópontig l 3 = 15 m, Távolság a 2. csomóponttól a 3. csomópontig vagy a földelésig III. Villámvédelmi osztály koefficiense: k i = 0,04 A megközelítés helyén lévő anyag: Felfogórúd: k m = 1 (levegő) / S6153_h s biztonsági távolság Csomóponti potenciál eljárás Villámvédelem 30 15

16 Csomóponti potenciál eljárás Szoftver az s biztonsági távolság számítására Csomóponti törvény: 1. Kirchoff törvény Minden csomópontban a csomópontba befolyó áramok összege megegyezik a csomópontból elfolyó áramok összegével. I 2 I 3 I = 0 I 1 I csomópontba befolyó = I csomóponból elfolyó I 4 I 1 = I 2 + I 3 + I 4 + I n I n = csomópont / 5852_a Csomóponti potenciál eljárás Szoftver az s biztonsági távolság számítására Csomóponti törvény: 1. Kirchoff törvény 1. példa: Háló a tetőn I 2 I 1 I 3 I 5 I 4 Ha a villám belecsap egy felfogócsúcsba, akkor a villámáram a vezetők kialakításának megfelelően oszlik el (párhuzamos áramutak). Ebben a példában egy olyan csomópontról van szó, amelyből négy vezeték (áramút) indul el. I 1 = I 2 + I 3 + I 4 + I 5 = csomópont / 5852_b 16

17 Csomóponti potenciál eljárás Szoftver az s biztonsági távolság számítására Csomóponti törvény: 1. Kirchoff törvény I 12 I 11 I példa: Háló a tetőn levezetőkkel I 13 I 6 I 14 I 2 I 1 I 3 I 7 I 5 I 4 I 8 I 15 I 9 I 16 Ha a villám belecsap a felfogóba a háló kialakításának megfelelően oszlik el a villámáram (párhuzamos áramutak). Minél kisebb a hálóosztás, annál jobb az árameloszlás! Ugyanez érvényes a további vezeték elrendezés esetén (egyszerűsített megjelenítés). I 1 = I 2 + I 3 + I 4 + I 5 = csomópont I 15 = I 7 + I / 5852_c Helyettesítő modell az árameloszlás számításához Csomóponti potenciál eljárás / 5839_e 17

18 Csomóponti potenciál eljárás Szoftver az s biztonsági távolság számításához Minden vezetékszakaszt egy ellenállás jelképez. Definiált villámáram beinjektálása révén és a felállított matematikai egyenlet megoldása révén kiadódnak a csomóponti feszültségek, azaz a csomóponti poteciálok közötti különbségek. R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 R 8 R 9 R 10 R 11 R 12 R 13 I R 14 R 15 R 16 R 17 = csomópont 0V 0V 0V 0V / 5854_c Csomóponti potenciál eljárás A csomóponti potenciál eljárás (csomóponti feszültség analízis) az elektrotechnikában alkalmazott hálózatanalízis módszer. Ezzel a módszerrel egy líneáris elemekből álló villamos hálózat csomóponti potenciáljai meghatározhatók / 5856_c 18

19 Szoftver az s biztonsági távolság számítására DEHN Distance Tool 6.3 A külső villámvédelmi rendszer villamos elszigetelése Részletes megközelítés 2. Megjegyzés Az egyes vezetők mentén a kc értékeinek számítására numerikus hálózatszámító programok is használhatók / 5856_b 19