Villámvédelmi kockázatelemzés

• 
• 

Részletek

2010. április 08. csütörtök, 00:00

 

A kockázatelemzés az új villámvédelmi szabvány kulcsfontosságú része. Az eljárás összetett, időigényes, gyakorlati alkalmazhatósága számos kérdést vet föl. Az immár magyar nyelven is megjelent szabványt egyelőre vélhetőleg kevesen olvasták, még kevesebben alkalmazták. Jelen írás röviden bemutatja a kockázatelemzés folyamatát és rávilágít a megoldásra váró problémákra.

 

Alapelvek

A villámvédelmi kockázatelemzés módszerét két fontos felismerés alakítja:

• nem csak a közvetlen villámcsapások képesek veszteség (baleset, meghibásodás, tűz, anyagi kár stb.) okozására,
• a veszteségek bekövetkezésének valószínűségét döntően befolyásolják az épületeket a környezetükkel összekötő vezetőképes hálózatok.
  
  
  

E tényezők azzal függnek össze, hogy az épületekben működő vezetőképes hálózatokra, elsősorban a villamos és elektronikus rendszerekre a villám elektromágneses tere is hat, másrészt ezek a hálózatok külső, villámvédelmi szempontból nagy kiterjedésű hálózatokra is csatlakozhatnak, amelyek ki vannak téve a villámok közvetlen és közvetett hatásainak. A korszerű villámvédelem nem hagyhatja figyelmen kívül ezeket a kockázatokat, már csak azért sem, mert a mai igényeket kielégítő épületeknek nemcsak az általános, hanem az alapvető biztonsági funkcióit is (tűzvédelem, vagyonvédelem) ellátó rendszerek kialakítása többnyire vezetőképes hálózatok formájában történik. Az új szabvány értelmében a villámvédelem tárgya tehát olyan épület, amely mondhatni szervesen kapcsolódik a környezetéhez, és amelynek esetében a környezet azon túlmenően is befolyással bír, hogy növeli vagy csökkenti az épületet érő villámcsapások számát (1. ábra).

Azért kell ezt hangsúlyoznunk, mert ez a kulcsa a villámvédelmi kockázatelemzés megértésének és jelentős részben a problémáinak is. A kockázatelemzés modellje ennek megfelelően arra épül, hogy a villámok négyféle módon fejthetik ki hatásukat az épületekre, illetve az abban tartózkodókra (2. ábra):

• az épületet érő villámcsapások által, amelyek közvetlen hatása fizikai károsodásokban (tűz, mechanikai sérülés), elektronikus rendszerek meghibásodásában, és – emberek, állatok esetében – áramütésben nyilvánulhat meg,
• az épület közelében bekövetkező villámcsapások által, amelyek közvetlen hatása elektronikus rendszerek meghibásodásában nyilvánulhat meg,
• az épülethez csatlakozó vezetőképes hálózatot érő villámcsapások által, amelyek közvetlen hatása fizikai károsodásokban (tűz, mechanikai sérülés), elektronikus rendszerek meghibásodásában, és – emberek, állatok esetében – áramütésben nyilvánulhat meg,
• az épülethez csatlakozó vezetőképes hálózat közelében bekövetkező villámcsapások által, amelyek közvetlen hatása elektronikus rendszerek meghibásodásában nyilvánulhat meg.

Az, hogy a villámcsapás hatására a különböző folyamatokban bekövetkező közvetlen károsodás (tűz, mechanikai sérülés stb.) mértéke mekkora lesz, nagyon sok tényező függvénye. Ezek között természetesen megjelennek az épület geometriai paraméterei, rendeltetése, kialakítási jellemzői (így az alkalmazott villámvédelmi intézkedések is). E tényezők változása kisebb-nagyobb mértékben módosítja a villám hatására bekövetkező károsodások, áttételesen pedig a veszteségek nagyságát és gyakoriságát, vagyis a villámvédelmi kockázatot. A kockázatelemzés lényege, hogy módszert ad annak eldöntésére, hogy adott jellemzőjű épület esetében mekkora a villámvédelmi kockázat. Egyben lehetővé teszi annak meghatározását, hogy milyen villámvédelmi intézkedések alkalmazásával redukálható a kockázat a társadalom által elvárt szintre.

 

A kockázatelemzés folyamata

Az épület R villámvédelmi kockázatát az ugyanahhoz a kockázattípushoz tartozó kockázati összetevők összege adja (1. táblázat).

Így például az emberi élet elvesztése bekövetkezhet követlen villámcsapás eredetű áramütés, tűz, meghibásodás, közeli villámcsapás eredetű meghibásodás stb. hatására, következésképp az emberi élet elvesztésének kockázata (R₁) az áramütés kockázatának (R_A), a tűz kockázatának (R_B), a meghibásodás kockázatának (R_C és R_M) stb., mint kockázati összetevőknek az összege lesz. Az R_A, R_B, R_C…kockázati összetevők számítása a látszólag egyszerű R_x = N_x · P_x · L_x képlettel történik, ahol R_x a kockázat, Nx az ún. veszélyes események (pl. az épületet vagy az épülethez csatlakozó hálózatot érő villámcsapások) száma, P_x a veszteség (pl. elektronikus rendszerek meghibásodása) bekövetkezésének valószínűsége, L_x pedig a veszteség nagysága. N_x értékét számítással kell meghatározni az épület, illetve a csatlakozó hálózatok geometriai adatai és a terület villámsűrűsége alapján. L_x és P_x értékeit táblázatokból kell kigyűjteni, az épület jellemzői alapján.

A kockázat számítása legalább 25 paraméter ismeretében végezhető el, ami eleve többszöröse az MSZ 274 szerinti besoroláshoz szükséges adatmennyiségnek. Bonyolítja mindezt az épület ún. övezetekre bontása, amelyre később még visszatérünk. A számítással meghatározott kockázatot össze kell hasonlítani a szabvány által megadott (és a jövőben jogszabályban is előírt) ún. elfogadható mértékű kockázattal, amelynek értéke (emberi élet elvesztésére, vagyis R1-re vonatkozóan) 10-5. Ha a kockázatszámítás eredménye nagyobb, mint az elfogadható mértékű kockázat, akkor a kockázatszámítás bemenő adatain változtatni kell, és a számítást újra el kell végezni.

Értelemszerűen a kockázatszámítás nem minden bemenő adatát lehet megváltoztatni (gondoljunk például az épület méreteire, rendeltetésére és egyéb adottságaira), így a változtatás lehetősége az épület ún. övezetekre bontására, illetve a tervezett (villám)védelmi intézkedésekre korlátozódik. Ezt a változtatást és újraszámolást mindaddig folytatni kell, ameddig a számolt villámvédelmi kockázat értéke nagyobb, mint az elfogadható mértékű kockázat (3. ábra).

A kockázatszámítás célja annak eldöntése, hogy az épület villámvédelmi biztonsága milyen villámvédelmi intézkedésekkel szavatolható. Ennek megfelelően a kivitelezés során a kockázatelemzésben rögzített villámvédelmi intézkedéseket kell megvalósítani, és természetesen nem szabad eltérni az egyéb épületjellemzőktől sem.

 

Övezetekre bontás

A villámvédelemben az új szabvánnyal jelenik meg az övezet fogalma, amely alatt az épület azon térrészeit értjük, amelyeken belül – a térrészek kialakítási jellemzőiből, rendeltetéséből következően – a villámvédelmi kockázat a rendeltetésszerűen benntartózkodókra nézve azonos.

A homályos fogalmat talán segít értelmezni, ha a szemléltetés kedvéért egy kórházra gondolunk: A villámok hatásának kockázata markánsan különbözik azoknak a szempontjából, akiket a kiemelt gyógyászati helyiségekben ápolnak, illetve azokéból, akik a folyosón várakoznak. Logikusnak tűnik tehát a kockázat számításakor a két helyiségtípust elkülönülten figyelembe venni, és az előbb említett R_A, R_B, R_C… kockázati összetevőket övezetenként meghatározni. Így egy három övezetre bontott épületben három R_A, három R_B stb. értéket kell kiszámolni és összegezni. Ez az eljárás a védelmi intézkedések csökkentésének eszköze lehet, de a számítások mennyiségének jelentős növekedését vonja maga után, nem beszélve arról, hogy az övezetek növekvő számával drasztikusan növekszik a bemenő paraméterek száma is.

Az épületek övezetekre bontása nem szükségszerű, így egyazon épület esetében elvileg és gyakorlatilag több villámvédelmi kockázatelemzés is lehetséges, amelyek kisebb-nagyobb mértékben eltérő villámvédelmi kockázatot eredményeznek, következésképp különböző védelmi intézkedéseket tesznek szükségessé. A kockázatelemzésnek ez a sajátossága messzemenő következménnyel jár, különösen a villámvédelmi felülvizsgálatok szempontjából, ami szükségszerűen felbolygatja a villámvédelem létesítésének eddigi rendjét.

 

A kockázatelemzés problémái

Helytelen az a megközelítés, amely a kockázatelemzést, mint módszert, szűkszavúan jónak vagy rossznak bélyegzi. Az új villámvédelmi szabvány alkalmazóit azonban vélhetőleg kevésbé hozza majd izgalomba az a tény, hogy a kockázatelemzés alapmodellje helyes és korszerű, mint az, hogy a kockázatelemzés elvégzése enyhén szólva sem problémamentes, sem elvi, sem gyakorlati szempontból. Lehetne tehát a kockázatelemzés szebbik oldalát ecsetelni, érvelve a bevezetés előnyei mellett, de ez az érvelés túlhaladott, tekintettel arra, hogy egy érvényes (és immár magyar nyelvű) szabványról van szó. (Az érvek szolgálhatnák persze azt a vitát, amely arról szól, hogy a jogszabályi környezetnek, mindenekelőtt a jövőben megjelenő OTSZ-nek szükséges-e idomulnia az MSZ EN 62305-höz.) Mégis – feltételezve és egyúttal valószínűsítve, hogy az MSZ EN 62305 alkalmazása előbb-utóbb szükségszerű lesz, függetlenül a jogszabályi kötelezettségtől (amint annak jelei például nagyberuházásoknál már érzékelhető) –, sokkal indokoltabb a kockázatelemzés problémáit boncolgatni. Márpedig probléma van bőven.

Az egyik legnyilvánvalóbb nehézség a kockázatelemzés jelentős számításigénye. Ezt a problémát részben orvosolhatják számítógépes programok. Azért csak részben, mert az MSZ EN 62305-2 csak a kockázatszámítás elvi folyamatát, és azt is csak részletekre lebontva ismerteti, amely összetett struktúrákra – pl. multifunkcionális épületekre, ipari létesítményekre – egy az egyben nem alkalmazható. A szabvány tehát nem egy pontos algoritmust ismertet, amelyet aztán egyértelműen lehetne számítógépre vinni. (Hozzátehetjük azt is, hogy a szabványban ismertetett elvi számítások több helyen alapvető hibákat is tartalmaznak. A szabvány alkotói időközben ezek közül számosat felismertek és kijavítottak, de ezek a javítások csak a szabvány módosításának jövőbeni megjelenésekor válnak majd annak részévé.) Ez a tény oda vezet, hogy a szoftverek csak bizonyos jellegű, felépítésű épületek esetében alkalmasak a kockázat számítására (nincs „univerzálisan” alkalmazható módszer), sőt a programmal kiszámolt kockázati értékek eleve tartalmaznak bizonytalanságot (ami az egyértelmű algoritmusok hiányából ered).

Kérdés, hogy ilyen helyzetben kinek és milyen felelősséget kell, illetve lehet vállalnia. Ezt a kérdést egyelőre megválaszolatlanul hagyjuk (amit most még megtehetünk, hiszen az MSZ EN 62305 alkalmazása egyelőre nem égető szükség). Ha a jelentős számításigény problematikáját a kockázatelemző szoftverek által nagyvonalúan megoldottnak tekintjük, a következő probléma, amivel szembesülünk, a bemenő adatok jelentős száma. Amint azt már említettük, a kockázatszámítás elvégzéséhez mind az épületre, annak belső kialakítására, mind pedig az épülethez csatlakozó hálózatokra (pl. erősáramú betáplálás, kommunikációs hálózatok) vonatkozóan sok paraméternek kell rendelkezésre állnia (2. táblázat).

A tervezés hazai gyakorlatát ismerve kijelenthető, hogy ezeknek az adatoknak a beszerzése önmagában sem kis feladat. Már csak azért sem, mert az adatszolgáltatás nem mindig abban a formában történik, ahogy azt a kockázatszámítás során fel kell használni. Hogy egy példát itt is említsünk, tekintsük a „csatlakozó hálózat hosszúsága” paramétert! A 4. ábra szokásos kialakítású közcélú kisfeszültségű elosztóhálózatot mutat be, amelynél az egyes fogyasztók a hálózati gerincről ágaznak le. A kisfeszültségű hálózat a transzformátoron keresztül a középfeszültségű hálózathoz is kapcsolódik. Könnyű belátni, hogy még ha ismert is a tervező előtt a csatlakozó hálózat valamennyi részlete (a hálózat egyes szakaszainak hosszúsága, a csatlakozó épületek mérete, száma), ebből nem következik egyértelműen a csatlakozó hálózat „hosszúsága”, mint a kockázatelemzés bemenő adata.

 

A villámvédelmi kockázatelemzés alkalmazhatósága

A felvetett problémák csak a jéghegy csúcsát képezik, de már ezek kapcsán is jogosan fogalmazódik meg a kérdés, hogy bármennyire szép és helytálló a kockázatelemzés alapelve, alkalmazható-e a gyakorlatban. A kurta igen/nem választól talán érdemes tartózkodnunk. Egy szabványnak (az alkalmazókat tekintve) közérthetőnek és egyértelműnek kell lennie. A közérthetőség azonban nem azonos az egyszerűséggel (illúzió lenne elvárni, hogy pl. a hírközlési vagy repüléstechnikai szabványok olyan egyszerűek legyenek, mint a százas szög…), hanem azt jelenti, hogy a szabvány átlagos alkalmazója felkészültsége, előtanulmányai alapján képes megérteni, elsajátítani a szabványban foglaltakat. Ennek a kritériumnak eleget tesz a szabvány (bár valószínűleg nem az első olvasásra)

Ami az egyértelműséget illeti, az bizony súlyos kérdéseket vet fel. A kockázatszámítás egyértelműségét ugyanis úgy kellene biztosítani, hogy a számított kockázat összhangban legyen a fizikai ismeretekkel, az épület jellemzőivel, és ennek alapján a szükséges védelmi intézkedések legyenek mértéktartóak (tehát ne legyenek sem túl szigorúak, sem túl enyhék). Az egyértelműség szempontjából nem az zavaró, hogy egy épület esetében több helyes kockázatelemzés is létezhet, amelyek eltérő kockázati értékeket eredményeznek, hanem az, hogy az épületjellemzőkből a kockázatelemzés bemenő adatai csak jelentős bizonytalansággal állíthatók elő (lásd a csatlakozó hálózatnál leírtakat). Ezen sajnos a szabvány beható ismerete nem segít.

 

Hogyan tovább?

A kockázatelemzés szakszerűségének biztosításához elkerülhetetlennek tűnik, hogy a kockázatelemzés problémáit orvosló módszertani anyagok szülessenek. Ezek kidolgozása, ha lassan is, de halad. Így az egyetlen fogós kérdés az marad, hogy az új felfogású, önmagában is terjedelmes villámvédelmi szabványt és az egyre növekvő mennyiségű segédanyagokat hogyan és mikor fogadja majd be a szakma.