Földelés és EMC A földelés mint rendszer

Villamosenergia-minôség Alkalmazási segédlet

Földelés és EMC A földelés mint rendszer

6.1

Földelés és EMC

Földelés és EMC A földelés, mint rendszer Reyer Venhuizen KEMA T&D Power 2001. Május

Magyar Rézpiaci Központ Hungarian Copper Promotion Centre (HCPC) A Magyar Rézpiaci Központ a réztermelôk és feldolgozók által támogatott non-profit szervezet, amelynek célja a réz és a rézötvözetek használatának, valamint helyes és hatékony alkalmazásának elôsegítése. A szolgáltatások, beleértve a mûszaki tanácsadást és információs adatközlést, mindazok rendelkezésére állnak, akik bármilyen vonatkozásban érdekeltek a réz felhasználásában. Az egyesülés összeköttetést teremt a kutatás és a felhasználó ipar között, és szoros kapcsolatot tart fenn a világ többi – a rézpiac fejlesztésén tevékenykedô – szervezetével. Európai Réz Intézet European Copper Institute (ECI) Az Európai Réz Intézet az ICA (International Copper Association) és az IWCC (International Wrought Copper Council) támogató tagjai által létrehozott szervezet. Tagjain keresztül az ECI a világ legnagyobb réztermelôi és Európa vezetô réztermék gyártói nevében dolgozik a réztermékek európai piacfejlesztésén. Az 1996 januárjában megalakult ECI-t tíz Rézpiac Fejlesztési Egyesület (CDA-k) hálózata támogatja a Benelux államokban, Franciaországban, Németországban, Görögországban, Magyarországon, Olaszországban, Lengyelországban, Skandináviában, Spanyolországban és az Egyesült Királyságban. Ezen tevékenység folytatása azon erôfeszítéseknek, amelyeket az 1959-ben alakult Copper Products Development Association (CPDA) és az 1961-ben alakult International Copper Research Association (INCRA) kezdeményezett. Figyelmeztetés A Magyar Rézpiaci Központ és az Európai Réz Intézet elhárítja a felelôsséget bármilyen közvetlen, közvetett, okozati, vagy véletlenszerû meghibásodásért, amely az ebben a kiadványban közölt információk felhasználásából, vagy az információk illetve a közölt adatok fel nem használhatóságából eredhetnek.

Szerzôi jog©:

Copper Development Association (CDA)

Magyar fordítás: Magyar Rézpiaci Központ

A kiadvány anyagának másolása, terjesztése engedélyezett, feltéve, hogy az teljes terjedelemben, a forrás megjelölésével történik.

Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest Képíró u. 9. Magyarország Tel: Fax: E-mail: Web:

(+36 1) 266 48 10 (+36 1) 266 48 04 [email protected] www.hcpcinfo.org

European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium Tel: Fax: Email: Website:

00 32 2 777 70 70 00 32 2 777 70 79 [email protected] www.eurocopper.org

Földelés és EMC A földelés mint rendszer Bevezetés A létesítmények és berendezések földelése olyan terület, ahol találkoznak a modern kereskedelmi vagy ipari épületek építészeti-tervezési és berendezés telepítési irányelvei. Az építészmérnököknek fel kell venniük a kapcsolatot a villamos és gépész tervezômérnökökkel és IT szakértôket is be kell vonniuk ezen berendezések telepítésére vonatkozó kérdések eldöntésébe. Elôfordulhat azonban, hogy a különféle szakterületen dolgozó mérnökök nem értik meg egymás érveit, sôt, nem veszik tudomásul egymás létesítményeinek igényeit sem. Ez a fejezet általános földelési ismereteket nyújt, amelyek a földelés kialakítás és az elektromágneses zavarás csökkentés területén alapul szolgálhatnak több szakterületet mûvelô tervezô-kivitelezô csoportok számára. Általában minden földelô rendszernek az alábbi három követelménynek kell eleget tennie: u

Villámcsapás és zárlat: a földelô rendszernek védenie kell a hatókörébe tartozó objektumokat, megelôzve a közvetlen villámcsapás következményeként keletkezô tûz, átívelés, robbanás okozta károkat, valamint a zárlati áram miatti túlmelegedést.

u

Biztonság: a földelô rendszernek le kell vezetnie a villámhárító áramát és a zárlati áramot anélkül, hogy a megengedettnél nagyobb lépésfeszültség vagy érintési feszültség keletkezne.

u

A berendezések védelme és mûködôképessége: a földelô rendszernek meg kell védenie az elektronikus egységeket azáltal, hogy kis impedancián keresztüli összeköttetést valósít meg a berendezések között. Megfelelô kábelvezetés, csoportosítás és árnyékolás fontos eszközök, amelyek elejét veszik annak, hogy a zavarforrások hatása befolyásolja a villamos berendezések mûködését.

Bár a fenti három követelménnyel szembeni elvárásokat gyakran külön-külön adják meg, megvalósításuk rendszerszintû szemléletet kíván.

A rendszer kialakulása A védôföldelés eredeti célja az volt, hogy a földelô rendszer által védett területen belül az élet- és vagyonbiztonságot garantálja. Ehhez egy, az alapharmonikuson viszonylag kis impedanciájú, nagy áram vezetésére alkalmas útra van szükség úgy, hogy a nagy zárlati áramok hatására kialakuló feszültségek ne legyenek veszélyes nagyságúak. Kis impedanciájú földelést készíteni nagyon könnyû dolog. Csak jó vezetôképességû, korróziónak ellenálló vezetôre van szükség (a réz kiváló erre), és a földbe kell fektetni olyan mélyre, ahol már nincs fagy és a föld nem szárad ki; legyen a vezetô elég nagy keresztmetszetû, hogy megfelelô nagy felületen érintkezzen a földdel; elegendô nagy telületet fedjünk le és olyan módon, hogy más földelô rendszerek ne befolyásolják. A föld nagy kiterjedése csökkenti a talajban az áramsûrûséget és így a föld ellenállását is. A nagy kiterjedésû földelôrendszer a villamos teret úgy alakítja, hogy csökken az érintési- és lépésfeszültség (amint azt a késôbbiekben tárgyaljuk). Ez a jó, hatékony földelés – olyan jó, amilyen lehet. A problémák akkor kezdôdnek, amikor készülékeket kapcsolnak hozzá. A gyakorlatban a földelés hatékonyságát más közeli földelôrendszerek és ennél általában sokkal nagyobb mértékben maguk a létesítmény berendezései befolyásolják. A védôföldelés és a nullavezetô (PEN) egyesítése, amint az a TN-C rendszerekben szokásos, nem felel meg a jelen alkalmazási segédletben kifejtett tervezési elveknek. A TN-C rendszerekben a zérus sorrendû áramok – a harmadik harmonikusokkal együtt – és a földáramok keverednek a nullavezetôkben, a védôföldelésben és a hozzákötött fém szerkezetekben. A létesítményeknek mindig TN-S rendszereknek kell lenniük, még akkor is, ha a tápoldalon a csatlakozási pontnál TN-C rendszerrôl vannak táplálva. Nagyon fontos a földelés és a nullavezetô egyetlen ponton való összekötése. A hagyományos létesítési gyakorlat – helyesen – a biztonságra összpontosít. Eredetileg úgy gondolták, hogy elegendô egy kis impedanciájú utat biztosítani a föld felé. A korszerû szemlélet szerint a földelô elektróda a feszültséggradiens szabályozásával az igényeknek megfelelôen alakítja ki a földben a teret.

1

A földelés mint rendszer A védôvezetô a berendezések számára üzemi földelés – azaz itt záródnak az alapharmonikus zérus sorrendû és a szivárgó áramok valamint a nagyfrekvenciás áramok, amelyeket például a rádiófrekvenciás (RFI) szûrôkön keresztül csatolt kapcsolóüzemû tápok okoznak, ugyanakkor ez a jelátviteli berendezések feszültségreferenciája is. A zérus sorrendû és a szivárgó áramok nagysága a létesítményen belül változó. Mivel elsôsorban a három fázis egy-egy fázisáról üzemelô egyfázisú fogyasztóktól erednek, egymást kiolthatják; így a védôvezetôben folyó áram nôhet vagy csökkenhet, ahogy az elosztó hálózat fogyasztóit ki- vagy bekapcsolják. A legrosszabb a helyzet általában az egyfázisú végponti IT berendezést tápláló áramkörnél. A földáramok a földelésbe folyva ártalmatlanok, de a csatlakozó kötések hibájából könnyen halálos feszültségszintet érhetnek el a földelésbe bekötött fémtestek, így körültekintô tervezésre van szükség. Lényegében kettôs áramutakra van szükség (mindkettô önállóan is képes legyen a teljes zárlati áram vezetésére), erôs és megbízható csatlakozásokra – például villanyszerelôk által szerelt nagy élettartamú, korrózióvédett réz védôvezetôk beépítésére az építômunkások által készített acél kábeltartó állványok helyett. Ott, ahol a kábel páncélját használják az egyik lehetséges áramútnak, különös figyelmet kell szentelni a megbízható kötéseknek és azok karbantartásának. Az egész rendszerre vonatkozik a körültekintô tervezés, beleértve az asztali számítógépeket tápláló elegendô aljzatot is, hogy ne legyen szükség csatlakozó hosszabbításokra, amelyek védôvezetôje nem azonos szintû az eredetileg beépítettével. A nagyfrekvenciás áramok a berendezések mûködését illetôen nagyobb problémát okozhatnak. A készülékek túlnyomó része, amelyek zérus sorrendû zavarást hoznak létre, érzékenyek is erre – de van egy lényeges különbség; a készülék zavaró áramot hoz létre, ô maga viszont a feszültség zavarra érzékeny. Ha a zavaró áramok a földbe levezethetôk anélkül, hogy zavaró feszültséget hoznának létre, nincs semmi probléma. Ehhez egy minden frekvencián kis impedanciájú összeköttetésre van szükség a föld felé. Ennek a tápvezetékhez közel kell haladnia, hogy a sugárzott zaj minél kisebb legyen. Meg kell jegyezni, hogy itt nem a fizikai földrôl, hanem a földelô rendszerrôl beszélünk, amely egy ekvipotenciális felületet jelent, és ezt nevezzük szaknyelven földnek. Ez különbözik a biztonsági és villámvédelmi szóhasználattól, ahol a tényleges földhöz képesti impedancia a kritikus érték. Kis számú berendezés esetén általábant egy külön nagyméretû földvezetôt vezettek vissza a kiinduló földponthoz, vagy akár egy külön földelô rudat (a helyi szabályozásoknak megfelelôen ezt is a kiinduló földponthoz kötötték) vertek le. Ez általában megfelelô volt részben azért, mert ezek a rendszerek és kiszolgáló berendezéseik egy viszonylag kis területen helyezkedtek el, és így azonos potenciálon voltak tarthatók (ha létezik ilyen), de nem nulla potenciálon. A földvisszavezetés is közel volt a tápvezetékhez, így a sugárzott zaj is kicsi volt. Azonban a hosszú sugaras föld csatlakozások negyed-hullám rezonanciát idéznek elô, ami egyes frekvenciákon impedancia növekedéshez vezet, így ez a megoldás nem alkalmas a mai nagy kiterjedésû létesítményekben. Napjainkban a számítógép rendszerek általában egy épület több emeletét is behálózzák. Az ilyen szétszórt készülékek között azonos potenciál biztosítása (nagy frekvencián) jobb megoldást igényel. Tény, hogy a nagy kiterjedésû elosztott számítógépes rendszerek többsége mûködô képes. A mikroelektronikai készülékek fejlôdésével és a tápfeszültségek csökkenésével a logikai állapotok kapcsolásához szükséges energia és a feszültségzavarokkal szembeni tûrôképesség általában csökkent, így a készülékek zavarérzékenysége növekedett. Ennek a tendenciának a hatását ellensúlyozta a rendszerek tervezésében a zavarokkal szembeni érzéketlenségre való törekvés. Ide tartozik a differenciál bemenetû leválasztó erôsítôk használata és a szoftverben alkalmazott olyan eszközök, mint a hibafelismerô és javító algoritmusok alkalmazása. Ezek nagyon hatékony módszerek, de csökkentik a hálózat átvivôképességét, mivel redundáns adatokat is hordoznak és a hibás adatcsomagok átvitelét meg kell ismételni. A zaj növekedésével nô a hibaszázalék, csökken az átvitel egészen addig, amíg a hasznos adatátvitel teljesen megszûnik. A felhasználó ezt úgy érzékeli, mintha a rendszer hirtelen kiesett volna, holott csak arról van szó, hogy olyan szintre esett vissza, hogy az alkalmazott adatvisszaállító mechanizmus már nem felel meg. Amint a zajszint eléggé lecsökken, a hibaarány is csökkenni fog és az adatátvitel ismét lehetségessé válik. A magas zajszint csökkenti az átviteli kapacitást, mivel az átvitel megismétlésére van szükség és csökken a hatékonyság. A hálózat hatékonyságát az adatfeldolgozás hatékonyságával jellemzik, ami az üzleti hatékonyságra vonatkozik. Mint sok más dolognál, a hatékonyság akkor a legrosszabb, amikor a legnagyobb szükség van rá – amikor a hálózat a legjobban terhelt. A hatékonyság növelése szempontjából

2

A földelés mint rendszer döntô az adatátviteli berendezések környezetében a villamos zavar szintjének csökkentése. Sajnálatos, hogy a haszon növelése céljából adatkábel célra a leginkább használt típus az árnyékolatlan sodrott érpár. Azokban az épületekben, ahol a fogyasztók nagy része IT berendezés, valamint 100 Mb/s adatátvitelnél árnyékolt sodrott érpárú kábelek használata javasolt. A zajnak a minimumra való csökkentése réz földelô lemez alkalmazásával lehetséges. Gyakran éltek ezzel a módszerrel számítógép-termek esetén, ahova az adatfeldolgozás összpontosult, és sokszor ez az egyetlen járható út ma is. Az elônye, hogy végtelen sok lehetséges áramút van a lemezen keresztül, amelyek villamos hossza különbözô – ezek között lehetnek a negyed hullámhossz egész számú többszörösei is, míg sokkal több ettôl eltérô út van. Végeredményben széles frekvenciatartományban kis impedanciájú összeköttetést kapunk. Egy ilyen földelô lemeznek a beépített készülékek teljes területére ki kell terjednie – ez általában a teljes épületet jelenti – és nem szabad megfeledkezni arról, hogy vízszintes és függôleges irányban egyaránt szükséges. Nem sok értelme van a szintenként vízszintesen elhelyezett, egyetlen ponton egy függôleges vezetôhöz kötött hálónak. A földelôrendszereket rendszerint lapos lemezcsíkokból alakítják ki a szkinhatás minimumon tartása céljából. Ahol az épület szerkezeti elemeit használják a földelô rendszer részeként, mint az álmennyezet tartóelemeit, amelyeket mechanikai és nem villamos igénybevételek figyelembe vételével méreteztek, fontos, hogy ezeket az elemeket – rövid réz sodronyokkal – több helyen villamosan összekössék. Azt gondolhatnánk, hogy egy közönséges kereskedelmi épület számára kialakított teljes réz földelôrendszer meglehetôsen drága – különösen a befektetési céllal készült épületek esetén. Azonban ez a költség nem nagy és nyilvánvaló, hogy a teljes költség akkor a legkisebb, ha már a tervezési fázisban nem feledkezünk meg a földelésrôl, és a legdrágább az, ha a használatbavétel után akarjuk létrehozni. A hatékony földelô rendszer az épület többcélú használatát teszi lehetôvé és ezért piacképesebb. Magasabb bért lehet érvényesíteni, mivel biztosítani lehet, hogy a bérlôk ritkábban elôforduló és kisebb költségû földelési hiba miatti problémával fognak üzemelni és így a mûködési költségek kisebbek lesznek.

Az elmélet gyakorlati alkalmazása A földelô elektróda A földelô elektróda kialakítása – mérete, alakja és elhelyezése – igen fontos, nem csak azért, hogy megfelelôen kis impedanciájú legyen, hanem azért is, hogy a föld felszínén a villamos teret megfelelôen alakítsa ki.

Érintési feszültség

Lépésfeszültség

Érintési feszültség

Lépésfeszültség

1. ábra Lépésfeszültség, érintési feszültség

3

A földelés mint rendszer A földelô elektróda rendszer ellenállása és a földbe folyó áram meghatározzák a rendszer és a föld közötti feszültség különbséget. Nagy hibahelyi áramokra ez a feszültség az elektródánál nagyon nagy lesz és a földelô vezetôtôl való távolsággal csökken, ahogy az áram részére rendelkezésre álló föld keresztmetszet nô. Ez a földpotenciál emelkedés (ground potential rise – GPR) veszélyes helyzetet idézhet elô. Mielôtt a témában továbbhaladnánk, néhány kifejezést definiálnunk kell (1.ábra). érintési feszültség a feszültségkülönbség valamely földelt szerkezet és a személy között, aki a földön áll az elôbbi szerkezettôl olyan távolságban, hogy éppen meg tudja érinteni. Lépésfeszültség a földön álló személy egymástól 1m-re feltételezett lábai közötti feszültség. Az érintési feszültség és lépésfeszültség megengedett értékeit szabvány írja elô. Kis impedanciát elérni nem nehéz – megfelelô talajviszonyok között – egyetlen földelô rúddal. Jellemzô potenciáleloszlás látható az 1. ábra bal oldalán. Megjegyezzük, hogy a földpotenciál csökkenése nagyon meredek – azaz a lépésfeszültség és érintési feszültség nagy lesz –, így ez nem jó választás. Az 1. ábra jobb oldalán földelô gyûrû hatása látható, amelyet 0,5 m mélyen, a megérinthetô fémrész körül 1m kerületen helyeztek el. Ez nem csak az impedanciát és ezáltal a GPR értékét csökkenti (mivel az áram nagyobb földkeresztmetszeten folyik), hanem a tér alakja is más lesz, így a lépésfeszültség és érintési feszültség csökken. Amint látható, a lépésfeszültség és érintési feszültség az épület körül sokkal kisebb a földelô gyûrû alkalmazása esetén. A potenciálhegy „csúcsa” szélesebbé és laposabbá tehetô a talajban levô gyûrûvel. Ha nem alkalmazunk gyûrût, a csúcs hegyesebb és nagyobb, különösen a földelô rudak és beton oszlopok mellett, ami veszélyforrást jelent. Az épület körül a földbe fektetett elektródagyûrût a külsô faltól legalább 1 m-re kell elhelyezni. Elég mélyen kell lennie ahhoz, hogy körülötte a talaj télen ne fagyjon meg és nyáron ne száradjon ki. Ott, ahol nincs erre helyi elôírás, legalább 0,5 m mélyre kell helyezni. A földelôgyûrû rézbôl készüljön legalább 50 mm2 keresztmetszettel. A földelô elektródagyûrût az épület alatt húzódó és ha lehetséges, az épület körül kialakított hurkolt földelôhálóhoz is csatlakoztatni kell. A gyûrût és az épület vagy a telep földelô rendszerét több helyen is össze kell kötni.

2. ábra Földelô rendszer (az IEC 61312-2 szabvány 8. ábrája alapján)

4

A földelés mint rendszer Nagyobb kiterjedésû telephely földelô rendszere A villámáramoknak és a zárlati áramoknak földbe való vezetéséhez kis impedanciájú áramútra van szükség. Ennek az elsôdleges földelô rendszernek olyan hálózatnak kell lennie, amely az egyes objektumok között kis impedanciájú összeköttetést biztosít és a talajjal nagy felületen érintkezik. Minden lehetséges elôforduló áram vezetésére alkalmasnak kell lennie, de nem léphetnek fel sem nagy érintési feszültségek, sem a távoli elemeket összekötô kábelekben nagy áramok. A 2. ábra egy üzem hurkolt földelô rendszerének felülnézetét mutatja. Az épületekben (1) a betonacél sûrûn hurkolt hálózatot ad, amely hozzá van kötve egy, az épület körül a földbe fektetett csupasz réz gyûrûhöz az érintési- és lépésfeszültség korlátozására. Egyébként hálós földelô rendszert alkalmaztak az épület körül, 5 m-es közökkel. Ehhez a hurkolt rendszerhez van kötve egy torony (2) és egy egyedül álló berendezés (3). Minden objektumot többszörösen csatlakoztattak a földelô rendszerhez. Az épületek között kábelcsatornát (4) építettek a két épületet összekötô kábelek védelmére.

Villámvédelmi rendszer Az épületet ért közvetlen villámcsapás által okozott károk korlátozására az épület legmagasabb pontja és a föld között egy kis impedanciájú áramutat kell létesíteni. A villámvédelmi rendszert közvetlenül a földelô elektródához és a földelô rendszer többi részéhez csatlakoztatják. A 3. ábra egy épület jellemzô villámvédelmi kialakítását mutatja.

3. ábra A villámvédelmi hálózat elhelyezése

A függôleges vezetékek maximális távolsága, d, normál védelem esetén 10 m, fokozott védelem esetén 5 m. Legalább két függôleges vezetéket kell alkalmazni, legalább 20 mm2 keresztmetszettel. Lehetôleg minden szinten, de legalább 20 méterenként a függôleges vezetékeket az épület földelô rendszeréhez kell csatlakoztatni. A cél az épület körüli Faraday kalitka létrehozása a függôleges vezetékekbôl és a szintenkénti vízszintes csatlakozásokból, minden szinten ekvipotenciális zónák létrehozásával. Meg kell jegyezni, hogy a villámcsapás tranziens jelenség, így az induktivitásokat és a szkin hatást kis értéken kell tartani az egyenes szakaszokba iktatott lapos vezetôkkel.

5

A földelés mint rendszer Az épület védôvezetôjének kialakítása Az épület „védôvezetôje” több célt szolgál: u

A hibaáramot a földbe vezeti, így elôsegíti a túláramvédelem mûködését.

u

A szivárgó áramokat a földbe vezeti.

u

Feszültség referenciaként szolgál a jelátviteli készülékeknél, így biztosítja az összekapcsolt berendezések megfelelô mûködését.

u

Biztosítja az elektromágneses összeférhetôséget (EMC).

u

Az RFI szûrôktôl és más berendezésektôl eredô áramokat a földbe vezeti.

Gyakran a „védôvezetôt” úgy tervezik, mintha csak védôvezetô lenne, a többi szerepét teljesen figyelmen kívül hagyják. Nem szerencsés az elnevezése, de nincs jobb.

Hibaáramok A hibaáramokkal szembeni követelménynek megfelelô tervezés jól ismert. A megfelelôen tervezett túláramés zárlatvédelem korlátozza a hibaáram idôtartamát és ezáltal a hibahelyen az energiát biztonságos értékre korlátozza. Ebben a vonatkozásban a kritikus feltétel a földelési ellenállás és a táphálózat-kábelezésvédôvezetô rendszer hurokimpedanciája.

Szivárgó áramok A szivárgó áramokról gyakran elfeledkeznek. Fôleg az RFI szûrôktôl származnak, és bár az egyes berendezések szivárgó árama kicsi, összegük jelentôs értéket érhet el. Ezek az áramok a fázisvezetôk és a védôvezetô közé kötött kondenzátortól erednek. Ha véletlenül megszakad a védôvezetô, a kondenzátorok miatt a védôvezetô potenciálra kerül. Attól függôen, hogy hány RFI szûrôs berendezés van a szigetelt védôvezetôs szakaszon, a védôvezetô érintése akár halálos kimenetelû is lehet. Megfelelô az a gyakorlat amikor a védôvezetôvel párhuzamosan még egy áramvezetô lehetôséget biztosítunk az elosztóig. Az egyik összekötés amely kizárólag védôvezetô lehet, kellôen nagy keresztmetszetû kell legyen, míg a másikra megfelel a kábel páncélozás, a csôvezeték tartók, a kábellétrák. Megjegyezzük, ha ilyen elemeket alkalmazunk áramvezetésre a vezetô folyamatosságát biztosítani kell. Mivel a szivárgó áram valójában az RFI szûrôkkel kapcsolatos, gyakran nevezik „védôvezetô áramnak”. A szivárgó áram vonatkozásában a legfontosabb a védôvezetô folytonossága. Az áramok viszonylag kicsik, így a védôvezetô ellenállása ebbôl a szempontból nem lényeges, de az áramütés veszélye nagyon jelentôs a védôvezetô szakadása esetén. A leglényegesebb kérdés, hogyan biztosítható a védôvezetô kötések tartóssága, mivel nem könnyen fedezhetô fel egyik vagy másik áramút folytonossági hibája. A teljes rendszer hibáját is gyakran csak egy szerencsétlenül járt felhasználó „fedezi fel”.

Jelfeszültség referencia Ahhoz, hogy a védôvezetôhöz kötött berendezések valóban azonos potenciálon legyenek, a védôvezetô széles frekvencia tartományban kis impedanciájú kell legyen. Ez lényegében azt jelenti, hogy a védôvezetôvel kialakított teljes földelô rendszer ekvipotenciális felületként viselkedik a teljes vizsgált frekvencia tartományban a létesítmény egész területén, ezért bármely két pont között a potenciálkülönbség nulla. A gyakorlatban természetesen nem nulla a potenciálkülönbség, de elég kicsi kell legyen ahhoz, hogy ne okozza a berendezések hibás mûködését. A jelátalakítók egy része differenciál bemenetû (hálózati interfészek, RS 485) és viszonylag nagy (néhány volt) referencia feszültség különbséget elviselnek. A régi interfész szabványok egy része, így a modemekhez használt RS 232 interfészek, a nyomtatókra alkalmazott IEEE 1284 földelt bemenetûek és kisebb a zavartûrésük.

6

A földelés mint rendszer A 4. ábra tipikus földelt bemenetû és differenciál bemenetû interfészeket mutat. A földelt bemenetû interfész egyvezetôs földvisszavezetôs jelátvitelt alkalmaz. Világos, hogy a jel adó és vevô földpontjai között jelentkezô potenciálkülönbség a jellel sorba kapcsolódik és könnyen okoz adathibát. Látszólag egyszerû lenne még egy jelvezetéket bekötni a két földelt pont közé, valójában azonban nem jó megoldás, mivel ezen a vezetéken folyó áram ellenôrizhetetlen nagyságú és interferenciát okozva ugyancsak veszélyforrás. A differenciál bemenetû interfészek két jelvezetékkel mûködnek, az adatátvitelre a két vezeték közötti feszültség különbséget alkalmazzák. Elvileg a vevô csak a jelvezetékek különbségi feszültségére érzékeny és

Földelt jelátvitel

Differenciál jelátvitel

4. ábra Földelt bemenetû (fent) és differenciál bemenetû jelátviteli berendezések (interfészek) a közös módusú feszültségre (amely a földhöz képest azonos a két vezetôben) nem. A gyakorlatban azonban a közös módusú feszültséget korlátozni kell, de egy-két nagyságrenddel nagyobb lehet, mint a földelt bemenetû interfészeknél. A differenciál/közös módusú érzékenységet közös jel elnyomásnak nevezik és általában dBV-ban adják meg. A félvezetôs vevôk esetében a közös jel elnyomás jelentôs kis frekvencián, de meredeken csökken növekvô frekvenciával. Más szavakkal, a differenciál bemenetû interfészek alkalmazása csökkenti ugyan a hibák számát, de nem szünteti meg a védôvezetô rendszerrel szembeni igényeket. Fentiek alapján látható, hogy nem annyira a földhöz képesti impedancia nagysága a fontos, hanem az, hogy széles frekvencia tartományban legyen minél kisebb a védôvezetô rendszer impedanciája a rendszer különbözô pontjai között. Általában ugyanazok az intézkedések szükségesek a jó minôségû jelfeszültség referencia kialakításához, mint amit a megfelelô EMC megvalósítása igényel.

Elektromágneses összeférhetôség (EMC) Az elektronikus berendezések valamennyi eleme valamilyen mértékben elektromágneses sugárzást bocsát ki. Viszont ugyanezek az elemek kisebb –nagyobb mértékben érzékenyek is az elektromágneses sugárzásra. Ha a berendezések üzemszerûen mûködnek egy adott környezetben, az itt fellépô eredô elektromágneses zavarnak jelentôsen kisebbnek kell lennie a berendezések mûködését zavaró szintnél. Ennek biztosításához a berendezéseket a zavarérzékenységet és a zavarkibocsátást meghatározó szabványok szerint kell tervezni, szerelni és ellenôrizni. Az EMC definíciója az MSZ IEC 50(161): 1994 szabvány szerint: „Valamely berendezésnek vagy rendszernek az a képessége, hogy a saját elektromágneses környezetében kielégítôen mûködik anélkül, hogy környezetében bármi számára elviselhetetlen elektromágneses zavarást idézne elô.” Az összeférhetôség megteremtése a gyakorlatban körültekintô tervezési és kivitelezési munkát igényel a létesítményt és földelô rendszerét tekintve egyaránt. Alább rövid általános áttekintést adunk, részleteiben az Útmutató külön foglalkozik majd a témával.

7

A földelés mint rendszer A hagyományos villamosmérnöki gyakorlat szerint elkülönített földelô rendszereket alkalmaztak, pl. jelföld, számítógép föld, erôsáramú föld, világítási hálózat föld, stb. Napjaink villamosmérnöki gyakorlata új igényeket támaszt a földeléssel, illetve a földelés és a berendezés zavarvédelem kapcsolatával szemben. Az elkülönített földelô rendszerek megszüntek és a nemzetközi szabványok most a teljes összefüggô földelést írják elô. Nincs többé „tiszta” és „piszkos” föld. Az egyetlen föld elv a gyakorlatban azt jelenti, hogy össze vannak kötve a védôvezetôk (PE), a párhuzamos földelô vezetôk, fémburkolatok, az erôsáramú- és adatkábelek köpenyei, árnyékolásai. Az acél szerkezeti elemek, a víz- és gázvezetékek ugyancsak részei ennek a rendszernek. Ideális az lenne, ha valamely földelési zónába belépô összes kábel egy ponton lépne be a védendô térbe, és valamennyi árnyékolás , földelô vezetô itt lenne összekötve. A földhurkoknak a készülékekre gyakorolt hatásának csökkentése érdekében a kábel köpenyek és egyéb földelt szerkezetek közötti hurkok kiterjedését minimalizálni kell. A kábelköpenyek és a fémszerkezetek összekötése a párhuzamos földelô vezetôhöz (PEC) hasonló hatású. Párhuzamos földelési struktúrákat alkalmaznak az erôsáramú és az adatátviteli kábeleknél egyaránt. A PEC kialakításába bevont elemek növekvô hatékonysági sorrendben: földelô vezetô, kábel létrák, sík fém felületek, kábel tálcák és feltétlenül a fém csôvezetékek. A PEC csökkenti a kábel és a földelô háló közötti hurokimpedanciát. A tényleges földhöz képesti impedancia többnyire nem fontos a berendezések zavarvédettsége szemponjából. A PEC hatékony kivitele, ha a kábelt nagy keresztmetszetû zárt fém árnyékoló köpeny veszi körül mindkét végén a földelô hálóhoz kötve. A földelô hálóhoz való kis impedanciás kötés nagy frekvenciákon litze huzallal vagy fémcsíkokkal (hossz/szélesség arány kisebb 5) történô bekötô vezetékkel biztosítható. 10 MHz-nél nagyobb frekvenciákon kör keresztmetszetû vezetô nem alkalmazható. Dobogós padozat alatt igen jó ekvipotenciális felületet lehet kialakítani. Az alul elhelyezett réz hálózat maximum 1.2 méteres rács távolságú legyen és legyen az épület összekötött földelôhálózatába minél több vezetékkel bekötve. A réz háló legyen egy 50 mm2 keresztmetszetû, a dobogózott terület kerülete mentén körben elhelyezett réz gyûrûhöz kötve mintegy 6 méterenként. Az erôsáramú és az adatkábeleket egymástól legalább 20cm távolságban, a keresztezéseknél pedig egymásra merôlegesen kell fektetni.

Összefoglalás Az épületek, létesítmények elektromos szerelésének kritikus része a földelô rendszer kialakítása, amely meghatározhatja az épületben folytatandó tevékenység hatékonyságát. Számítani kell néhány száz Amper zárlati áramra, néhány Amper állandósult áramra és nagyfrekvenciás zajra amelyek közel nulla feszültségesést okozva a földön keresztül záródnak, ugyanakkor a zárlati áram sem okoz veszélyt vagy kárt. Ezzel egyidejûleg az összekötött földelô hálózaton belüli berendezéseket és az embereket védeni kell a légköri túlfeszültségek (gyors tranziensek a kA tartományban) ellen is. Az épületek a villámvédelmet is figyelembe vevô földelô rendszerének tervezése nagy körültekintést igényel, ha minden körülményre tekintettel kell lenni. A legjobb és legolcsóbb a megoldás, ha a tervezés szakszerûen történik, az épület élettartamának figyelembe vételével. A már használatba vett épület földelési rendszerének áttervezése és átépítése a legköltségesebb megoldás.

8

Hálózati partnerek Copper Benelux

HTW

168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium

Goebenstrasse 40 D-66117 Saarbruecken Germany

Tel: Fax: Email: Web:

Tel: Fax: Email:

00 32 2 777 7090 00 32 2 777 7099 [email protected] www.copperbenelux.org

00 49 681 5867 279 00 49 681 5867 302 [email protected]

Kapcsolattartó: Mr B Doˆme

Kapcsolattartó: Prof Dr W Langguth

Copper Development Association

Istituto Italiano del Rame

Verulam Industrial Estate 224 London Road St Albans Hertfordshire AL1 1AQ England

Via Corradino d’Ascanio 4 I-20142 Milano Italy

Tel: Fax: Email: Webs:

00 44 1727 731205 00 44 1727 731216 [email protected] www.cda.org.uk & www.brass.org

Tel: Fax: Email: Web:

00 39 02 89301330 00 39 02 89301513 [email protected] www.iir.it

Kapcsolattartó: Mr V Loconsolo

Kapcsolattartó: Mrs A Vessey

Deutsches Kupferinstitut e.V Am Bonneshof 5 D-40474 Duesseldorf Germany Tel: Fax: Email: Web:

00 49 211 4796 323 00 49 211 4796 310 [email protected] www.kupferinstitut.de

KU Leuven Kasteelpark Arenberg 10 B-3001 Leuven-Heverlee Belgium Tel: 00 32 16 32 10 20 Fax: 00 32 16 32 19 85 Email: [email protected] Kapcsolattartó: Prof Dr R Belmans

Kapcsolattartó: Mr S Fassbinder

ECD Services Via Cardinal Maffi 21 I-27100 Pavia Italy Tel: Fax: Email: Web

00 39 0382 538934 00 39 0382 308028 [email protected] www.ecd.it

Polish Copper Promotion Centre SA Pl.1 Maja 1-2 PL-50-136 Wroclaw Poland Tel: Fax: Email:

00 48 71 78 12 502 00 48 71 78 12 504 [email protected]

Kapcsolattartó: Mr P Jurasz

Kapcsolattartó: Dr A Baggini

European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium Tel: Fax: Email: Web:

00 32 2 777 70 70 00 32 2 777 70 79 [email protected] www.eurocopper.org

TU Bergamo Viale G Marconi 5 I-24044 Dalmine (BG) Italy Tel: Fax: Email:

00 39 035 27 73 07 00 39 035 56 27 79 [email protected]

Kapcsolattartó: Prof R Colombi

Kapcsolattartó: Mr H De Keulenaer

Hevrox Schoebroeckstraat 62 B-3583 Beringen Belgium Tel: Fax: Email:

00 32 11 454 420 00 32 11 454 423 [email protected]

Kapcsolattartó: Mr I Hendrikx

TU Wroclaw Wybrzeze Wyspianskiego 27 PL-50-370 Wroclaw Poland Tel: Fax: Email:

00 48 71 32 80 192 00 48 71 32 03 596 [email protected]

Kapcsolattartó: Prof Dr H Markiewicz

KEMA T&D Power Utrechtseweg 310 PO Box 310 6800 ET Arnhem The Netherlands Tel: Fax: Email Web:

00 31 26 356 3724 00 31 26 443 3843 [email protected] www.kema.nl

Reyer Venhuizen

Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest Képíró u. 9. Magyarország Tel: Fax: E-mail: Web:

(+36 1) 266 48 10 (+36 1) 266 48 04 [email protected] www.hcpcinfo.org

European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium Tel: Fax: Email: Website:

00 32 2 777 70 70 00 32 2 777 70 79 [email protected] www.eurocopper.org