Hogyan védekezzünk a villámok ellen

Mire való a villámhárító?
A kérdés talán nem is annyira ostoba, mint amilyennek első olvasásra tűnik. A villámhárító ugyanis egy dologra biztosan nem alkalmas: a villámok „hárítására”!
Ez a köznyelvben és a szakmai terminológiában egyaránt elterjedt megnevezés kissé félrevezető. 
Bár az épületekre szerelt villámhárító feladata valóban az, hogy megóvja az épületet a villámcsapás mechanikai és termikus hatásaitól, mindez azonban nem úgy történik, hogy a villámhárító „elijeszti”, hanem – éppen ellenkezőleg – „magához vonzza” a villámokat.
A villám – leegyszerűsítve – nagy energiájú villamos ívnek tekinthető, amely rövid ideig (legfeljebb a másodperc ezredrészéig) létezik. 
Eközben az ívben folyó nagy áramok hatására erős elektromágneses erőtér keletkezik, és az ív néhány centiméteres környezete több ezer fokra hevül. Így például ha a villám egy kéménybe csap, a kémény valószínűleg szétrobban, a tető pedig – anyagától függően – akár meg is gyulladhat. A villámhárító kialakításánál fogva alkalmas arra, hogy levezesse a villám energiáját tűz vagy mechanikai sérülés veszélye nélkül. A villámhárító fontos veszélymegelőző szerepe miatt szabvány határozza meg, hogy milyen épületre milyen villámhárítót kell felszerelni. A villámhárító tehát arra szolgál, hogy levezesse a villám energiáit, anélkül hogy mechanikai károsodás vagy tűz keletkezne. Sokan ebből arra a következtetésre jutnak, hogy villámhárító alkalmazásával a villámok elleni védekezés feladata megoldottnak tekinthető. Sajnos, ez csak részben igaz.
Amikor villámcsapás éri a villámhárítót, az nagy áramot vezet le a földbe. Ettől a szakszerűen tervezett és kivitelezett villámhárító, illetve a védett épület ugyan nem károsodik, azonban a levezetett villám áramának egy része behatol az elektromos hálózatba, és ez az érzékeny berendezéseket (számítógép, szórakoztató elektronikai eszközök stb.) tönkreteheti, roszszabb – és szerencsére ritkább – esetben elektromos zárlatot, esetleg tüzet okozhat. Ilyenkor nem közvetlenül a villám teremt veszélyhelyzetet, hanem annak másodlagos hatása okoz kárt.


A villám gyakran a legváratlanabb helyeken tesz látogatást


Villámhárító nélküli épületet ért villámcsapás hatása


A villámcsapás másodlagos 
hatása

A villámcsapás másodlagos hatása
A másodlagos hatások elleni védekezés problémája már a múlt század elején, a távíróhálózatok kiépítését követően felvetődött: zivataros időben a távírókészülékek kezelése nem volt éppenséggel kockázatmentesnek nevezhető. Ha a távírópóznákra kifeszített vezetéket villámcsapás érte, a vezetéken terjedő túlfeszültség a távírókészüléket, és annak kezelőjét is veszélyeztette. Ezt felismerve megkezdődött azon eszközök kifejlesztése, melyek megvédik a kezelőt az esetlegesen fellépő áramütéstől. Így születtek meg az első túlfeszültség-védelmi eszközök.
Az eddig leírtakból három lényeges elemet érdemes kiemelni:
• Abban az esetben, ha egy épület villámhárítóval rendelkezik, akkor közvetlen villámcsapás esetén a villám áramának jelentős része az épület elektromos hálózatába juthat, és túlfeszültséget hozhat létre.
• Abban az esetben, ha az épület úgynevezett szabadvezetékes hálózatokhoz – oszlopokon vezetett villanyvezetékhez, telefon- vagy kábeltévé-hálózathoz – csatlakozik, ezeken keresztül a villám áramának egy része ugyancsak az épület elektromos hálózatába juthat, és túlfeszültséget hozhat létre.
• A villámcsapások (vagy más jelenségek) hatására létrejövő túlfeszültség ellen megfelelő intézkedésekkel és eszközökkel lehet védekezni, megelőzve a kár, illetve a veszélyhelyzet kialakulását.

A szabadvezetékes hálózatot érő villámcsapás másodlagos hatásaként az épületek elektromos hálózatán túlfeszültség jelentkezik

 

Hogyan védekezhetünk túlfeszültségek ellen?
Az egyik védekezési mód régóta közismert: zivataros időben ajánlatos az antennavezetéket kihúzni a TV-készülékből. Azaz, ha megszüntetjük a kapcsolatot a túlfeszültséget „behozó” hálózat (antennavezeték) és az érzékeny elektromos berendezés (TV) között, akkor megszüntettük a veszélyhelyzetet. Ez a módszer sajnos nem mindig alkalmazható: a telefonközpontot, a számítógépet, az épületgépészeti berendezéseket – amelyek tartalmazhatnak túlfeszültségre érzékeny elektromos egységeket – nem mindig lehet egyszerűen „kihúzni a konnektorból”. Amikor a hálózat és a berendezés kapcsolatának megszakítása nem megoldható, vagy nem célszerű, akkor túlfeszültség-védelmi eszközök alkalmazása ajánlott (sőt, vannak olyan létesítmények, ahol ezen eszközök alkalmazása kötelező).

Túlfeszültség-védelmi eszközök
A túlfeszültség-védelmi eszközök működési alapelve rendkívül egyszerű: a túlfeszültség idejére – a másodperc néhány milliomod részére – rövidre zárják az elektromos vezetékeket, majd visszaállnak alaphelyzetbe. Mindez úgy történik, hogy az üzemelő fogyasztó – például számítógép – „észre sem veszi”. Az alapelv megvalósítása a gyakorlatban természetesen bonyolult feladat, hiszen az elektromos hálózaton rövidzárlatot okozni – méghozzá úgy, hogy a hálózat ne kapcsoljon ki, ne vágja le a kismegszakítót – kényes feladat, amely gondosan megtervezett védelmi eszközöket igényel. Ráadásul a (működő) túlfeszültség-védelem kialakítása egyetlen készülékkel szinte soha nem oldható meg. Ennek okai közül a két legfontosabbat emeljünk ki:
• A villámcsapás másodlagos hatásaként létrejövő energia még mindig nagyon nagy, ezért levezetését több lépcsőben (fokozatban) kell megoldani. Az egyes fokozatokban különböző készülékek összehangolt működése biztosítja az energia szabályozott elnyelését.
• A villámcsapás másodlagos hatásaként létrejövő túlfeszültség nemcsak az elektromos hálózaton, hanem a kábeltévé- és a telefonhálózaton is terjed. (Végeredményben ezek is elektromos hálózatok.) Ezen hálózatok elektromos jellemzői (például feszültségük) és kialakításuk (a vezeték keresztmetszete, az alkalmazott csatlakozók fajtái stb.) olyan mértékben térnek el egymástól, hogy egyetlen készülékkel nem oldható meg valamennyi hálózatfajta védelme.


Túlfeszültség-levezetők egy 
elektromos főelosztóban

Hosszabbítóba épített túlfeszültség-levezető a számítógép előtt elhelyezve

Hogyan fogjunk hozzá a védelem kialakításához?
Az előbb említettek valószínűleg sokakat elkedvetlenítenek: a (működő) túlfeszültség-védelem kialakítása még egy kis lakásban sem annyi, hogy a valamelyik hipermarketben megvásárolt, e célra szolgáló adaptert a konnektorba bedugjuk.
A helyzet azért nem annyira tragikus. A túlfeszültség-védelmi eszközöket gyártó cégek (például az OBO Bettermann) szívesen nyújtanak segítséget annak mérlegeléséhez, hogy szükséges-e túlfeszültség-védelmet telepíteni, és ha igen, akkor milyet. Érdemes élni a lehetőséggel, mert fölösleges kiadásoktól és keserű csalódásoktól menthetnek meg bennünket.