A vezetőképes és az antisztatikus padlóburkolatok rendkívül fontos szerepet játszanak a modern világban. Fő feladatuk az elektromos kisülések meggátolása. De mi is az-az elektromos kisülés?

Az elektromos kisülés

Az elektromos kisülés olyan folyamat, melyben hirtelen elektromos energia szabadul fel. Például villámcsapáskor következik be, de ezen az elven működik a villamos ívhegesztés is.

Ha a negatív és pozitív elektromos töltések elég közel kerülnek egymáshoz, a két töltés között vonzás alakul ki. Ilyenkor hirtelen egy (vagy több) elektromos ív jelenik meg. A szikrakisülés kialakulását azzal magyarázhatjuk, hogy az elektromos mező nagy térerősségének hatására néhány semleges gázrészecskéből egy-egy ionpár képződik, azaz a gáz ionizálódik.

A keletkezett pozitív ionok a gázban a katód felé, a negatív ionok az anód felé gyorsulnak. Mozgásuk közben semleges részecskékkel ütközve további ionok keletkezését váltják ki. Az így kialakuló láncreakcióban a töltéshordozók száma rohamosan növekszik, és rövid idő alatt jelentős mennyiségű töltés halad át a gázon.

A kisülés következtében a felhalmozott töltések mennyisége, és az általuk létrehozott térerősség csökken.
Ennek következtében az ionok kevésbé gyorsulnak, így nem jön létre további ionizáció. Ezzel párhuzamosan egyre több pozitív és negatív ion semlegesíti egymást. Ezt az ionizációval ellentétes folyamatot rekombinációnak nevezzük. A térerősség csökkenése és a rekombináció végül a szikrakisülés megszűnéséhez vezet.

A szikrakisülésben a nagy sebességű részecskék miatt a gáz belső energiája megnő, a gáz felmelegszik. A hőmérséklet hirtelen emelkedése a gáz gyors tágulásával jár együtt. Ez okozza a szikrázáskor hallható sercegő hangot, de így jön létre a villámlást kísérő mennydörgés is. A nagy energiájú részecskék széles frekvenciasávban elektromágneses hullámokat bocsátanak ki (köztük látható és UV fényt is).

Mindennapi életünk és munkánk során bosszúságot, kellemetlenséget, kárt okozhat, sőt néha veszélyt jelenthet az elektrosztatikus feltöltődés, illetve annak kisülése.

A „kellemetlenség” kategóriába tartozik például az apró csípés, amit télen, száraz időben az autóból kiszállva az ujjunk hegyén érzünk, mikor újra a kilincshez nyúlunk, hogy lássuk, tényleg bezárta-e az ajtót a távirányító.
Veszély és kár akkor merül fel, ha a modern technológia termékei, kisülésre érzékeny elektronikus alkatrészek, berendezések kerülnek a környezetünkbe.

Az integrált áramkörök (IC-k) igen érzékenyek az elektrosztatikus kisülésre (angolul: Electrostatic Discharge=ESD).
A hirtelen fellépő nagy áramerősség ugyanis vezetékeket, eszközöket tehet tönkre (szemléletesen „kiégetheti” azokat). Pusztán egy emberi kéz közelsége (még a tok érintése sem szükséges hozzá) képes létrehozni a kisülést, ugyanis az emberi test könnyen képes több kV-ra feltöltődni. A meghibásodás veszélye különösen jelentős a MOS alapú technológiával készült áramkörök esetén, ugyanis az ezzel a technológiával készített tranzisztorok vezérlő elektródáján (gate) könnyen gyülemlenek fel töltések, melyek gyors távozása a tranzisztor csatornájába tönkreteheti a gate és a csatorna között lévő oxidot. Az oxid szerkezetében történő kis változás is (pl. ionizáció) a tranzisztor működésképtelenségét eredményezheti.

Az integrált áramkörök ki- és bemenetei védődiódákkal vannak ellátva. Ha az egyik láb mentén a töltésfelhalmozódás a lábon mérhető feszültség túlzottan megnövekedne (tápfeszültség + a dióda nyitófeszültsége), vagy túlzottan lecsökkenne (földpotenciál + dióda nyitófeszültsége), akkor a felesleges töltések a diódákon keresztül elvezetődnek.

Elektronikus készülék gyártása során különös figyelmet szentelnek ennek a jelenségnek, ami a múltban az egyik leggyakoribb meghibásodási ok volt. A szabályok be nem tartása miatt még a napjainkban is komoly gondot jelent ez a jelenség. A feltöltődés legfőbb forrása maga az ember, elegendő egy műszálas nadrág és mozgás közben máris több kV-ra tud “feltöltődni” az emberi test. Ennek okán a gyárakban a munkások, a munkaasztalok, munkaterek és eszközök, mind azonos potenciálra vannak kényszerítve, hogy elkerüljék az elektromos kisülés okát, a potenciálkülönbséget. Ezt a rendszert nevezzük “EPH” rendszernek. A munkások földelése a padlón keresztül valósul meg. Egy elektromosan jól vezető padló valamint vezető cipő, esetleg pánt segítségével a munkások bőrét a földelt padlóval elektromosan összekötik, így a testen vagy a bőrön felhalmozott töltések a föld felé távozhatnak. Így megelőzve az elektrosztatikus feltöltődést és kisülést.  Ezért aztán a különböző szabályozások és az ezeket keretek közé terelő szabványok egyre többet foglalkoznak a padlóval – mint a legnagyobb felülettel, amelyen mozgunk. Korábban két kategória volt ismert az építészek, kivitelezők, felhasználók körében: az antisztatikus és a vezetőképes padló. Mindkettő ellenállását objektív, műszeres eljárással mérték. Az általánosan elfogadott ellenállási érték
10^6 < R < l0^9 ohm [Ω] volt az antisztatikus, illetve R < l0^6 ohm [Ω] a vezető­ képes padló esetében.

Új szabvány a műszeres ellenállás mérésére és kiértékelésére

Az új, MSZ EN IEC 61340-4-1 szabvány pontosította a műszeres ellenállás mérés módszerét és értékelését, az
MSZ-EN-61340-4-5 pedig a mozgó személy elektrosztatikus feltöltődése szubjektív mérésének módszerét. További irányadó szabványok: MSZ EN 1081 ás 1815. Sajnos, a kategóriák módosításakor a korábbi „antisztatikus” megnevezés megmaradt, de új értelmezést  kapott a szabványalkotóktól.

Az új besorolás szerint:

• antisztatikus az a padlóburkoló anyag, illetve burkolat, amely a 61340-5 szabvány szerint mérve kevesebb, mint 2000 volt [V] feszültséget kelt a rajta közlekedő sze­mélyen;
• elektrosztatikusan levezető (disszipatív) az-az anyag vagy burkolat, amelynek a 61340-1 szabvány szerint szabványos műszerrel, elektródával és mérőfeszültséggel mért ellenállása R < 1*10^9 ohm [Ω]
• elektromosan vezetőképes, ha a mért ellenállási érték 5*10^4 < R < 1*10^6 ohm [Ω]

Összehasonlításképpen:

Mire jó az antisztatikus burkolat?

Az egyik fő előnye, az emberi komfortérzet javítása. Szubjektív kísérletek tanulsága, hogy az átlagember érzékelési küszöbértéke elektrosztatikus kisülés esetén kb. 2000 volt (ez természetesen az egyén ruházata, a levegő páratartalma és sok minden más körülmény függvénye). 2000 volt alatti feltöltődés/kisülés esetén tehát a személy nem feltétlen érzékeli a kisülést, még ha az be is következett.

A megfelelő védelem

Elektronikai, számítástechnikai berendezéseket a fentiek szerint minősített antisztatikus padlóval védeni nem lehet. Ennek oka egyszerűen az, hogy ezeknek a berendezéseknek, alkatrészeknek az emberénél sokkal nagyobb az érzékenysége a kisülésekre. Ezért aztán az iparban, egészségügyben stb. szükséges ESD (Electro Static Discharge) elleni védelmet (ESP; Electro Static Protection) a disszipatív, illetve vezetőképes burkolatokkal kell megoldani.

A nem kellően védett helyiségek, eszközök, folyamatok hatása néha felmérhetetlen. Egy, még nem tokozott elektronikai alkat­ részt akár 5-10 voltos kisüléssel tönkre lehet tenni – vagy, ami még rosszabb, ún. látens hibát okozni benne.

A látens károsodás a minőségellenőrzésnél nem jelentkezik. A károsodott alkatrészt beépítik egy berendezésbe, amelyben, a látens hibát hordozó alkatrész felmondja a szolgálatot. Disszipatív burkolatok beépítése javasolt például orvosi vizsgálókba (ahol elektroni­kus berendezések, pl. CT, MR, PET működ­nek), gyógyászati kezelőkbe, az elektronikai iparban részegységeket összeszerelő üzembe, telefonközpontokba , szerverszobákba stb. Vezetőképes burkolatokat kell alkalmazni az egészségügy területén műtőkben, intenzív osztályokon. Az iparban elektronikai, optikai alkatrészek gyártása, beépítése során, illetve minden „tiszta térben”. Az elektrosztatiku­san feltöltődött tárgyak , felületek – így a padló is – vonzzák, illetve magukon tartják a levegőben lebegő porszemcséket. A padlót ugyan le lehet „földelni”, azonban a tárgyak egy része szigetelő anyagból készül, így ezekről a töltéseket eltávolítani, elvezetni nem lehet. Ezeken, az ESD ellen fokozottan védett területeken a védelem egy fontos, kihagyhatatlan része a vezetőképes padló de önmagában kevés. Más, kiegészítő módszerekkel (ionizálás, a személyzet biztonságos bekötése az egyenpotenciál hálózatba stb.) kell a komplex védekezést megoldani. Fontos megérteni , hogy a vezetőképes pad­ lóburkoló anyag csak vezetőképes ragasz­ tóággyal, illetve az ebben elhelyezett, az egyenpotenciál hálózatba bekötött, vezető­ képes (általában réz) fóliacsíkokkal együtt képez vezetőképes rendszert.

A leírtak alapján elkészült burkolatot időszakosan műszeres ellenállásméréssel ellenőrizni kell vezetőképesség szempontjából (egyes burkolati típusok vezetőképessége csökken­het az élettartam folyamán, illetve változhat pl. a helyiség levegőjének páratartalmától függően).

A műszeres méréshez erre a célra gyártott, hitelesített műszerrel kel végezni (zárt áram­ kör esetén is a szabványban előírt 10, illetve 100 volt egyenfeszültséget kell biz­tosítaniuk).

Mitől vezetheti az elektromosságot egy PVC padló?

A fenti kérdés abszurdumnak tűnhet, hiszen maga a PVC egy elektromos szigetelő anyag. A PVC padlóburkolat vezetőképessé tételére két alapvető technológia ismeretes:

1. A hengerelt (kalanderezett), tekercses PVC burkolatok anyaga olyan folyé­kony halmazállapotú, a felületre folyamatosan migráló adalékot tartalmaz, mely a levegő páratartalmát megkötve, a burkolat felszínén az elektromosságot vezető filmet képez. Hátránya, hogy az adalék a burkolat élettartama folyamán folya­matosan fogy, ezzel a vezetőképesség csök­ken. A vezetőképesség ugyanakkor függ a helyiség levegőjének relatív páratartalmától is (a tisztaterekben pl. ez az érték mindig alacsony).

2. A statikus préseléssel készült PVC bur­koló lapok, melyek teljes vastagságukban szilárd halmazállapotú, vezetőképes ere­zetet tartalmaznak. Ezek elektromos vezetőképessége állandó, független a környezeti klímától és nem csökken az élettartam folyamán.

A vezetőképes padlóburkolatok telepítése

Előfeltétel, hogy az aljzatnak, simának, tisztának, tartósan száraznak, repedéstől, valamint tapadást gátló anyagoktól mentesnek, megfelelő nyomó- és húzószilárdságúnak kell lennie, valamint az aljzatbeton nedvességtartalma maximum 2,0 CM % lehet.
Tehát amennyiben szükséges a felületi egyenetlenségeket aljzatkiegyenlítővel kell kiegyenlíteni és várni annak teljes száradásáig. 
Az aljzatkiegyenlítést követően a földelés kialakításához szükséges öntapadós rézszalagból kell rácsrendszert kialakítani a lenti leírásnak megfelelően. A padlóburkolatot egy nappal a fektetés előtt a helyszínen legalább + 18 °C hőmérsékleten kiterítve pihentetni kell. Méretre vágás után a padlót magas minőségű, vizes bázisú vezetőképes ragasztóval kell leragasztani, ügyelve arra, hogy a ragasztás folytonos legyen, legfőképp a rézszalagok felett. 

Tekercses padlóburkolat használata esetén a rézszalagnak az összes padlótekercs alatt hossz és keresztirányban is végig kell futni.
Fontos hogy a tekercsek szélétől minimum 200 mm-re fusson a rézszalag, de a legjobb megoldás, ha a tekercsek közepén futtatjuk végig. A burkolandó terület széleihez eső rézszalag esetén is érdemes tartani a 200 mm-es távolságot a faltól mérve.

A földelési pontok kialakítása során fontos, hogy a kivezetendő rézszalagnak, tekercses padlóburkolat használata esetén az összes padlótekercs alatt keresztirányban kell futni. Bármelyik padló pont távolsága a folyamatos rézszalagtól nem lehet 10 méternél nagyobb. Ha a helyiség hossza kisebb 10 m, a tekercsek alatt 1 rézszalagot tegyünk keresztirányban. Ha a helyiség hossza 10-20 m, az egy rézszalagot középre fektessük. Ha a helyiség hossza 20-30 m, két rézszalagot fektessünk úgy ,hogy bármelyik padló pont távolsága a folyamatos kivezetendő rézszalagtól ne legyen 10 méternél nagyobb.

Moduláris padlóburkolat használata esetén fontos, hogy a rézszalag minden egyes modul alatt áthaladjon, lehetőleg a modul középpontjában. A lapokat vezetőképes ragasztóból és rézszalagból álló rendszer segítségével szintén be kell kötni a földelő hálózatba. A földelést a helyiségek rövidebb falaival párhuzamosan, 20 méterenként elhelyezett rézszalagokkal kell kialakítani.

A rézszalagot többnyire az épület földelő hálózatába kötik be. Elektrosztatikus kisülésre (ESD) fokozottan érzékeny területeken a rézszalagokat külön hálózatba kell bekötni. A földelést minden esetben a helyi építésügyi és villamossági előírásoknak megfelelően kell kialakítani.

A vezetőképes burkoláshoz szükséges anyagokat (vezetőképes padlóburkolat, vezetőképes ragasztó, öntapadós rézszalag) az alábbi linken tudják megvásárolni:

A fontos kivétel

Szinte minden épületben található ún. elektromos fogadó­ helyiség. A magas villamos feszültség élet­védelmet követel, tehát az ide beépített padlóburkolatnak szigetelőnek (nagyon magas elektromos ellenállásúnak) kell lennie – tehát a fent ismertetett burkolatok szöges ellentétéről van szó. Ide disszipatív, veze­tőképes burkolatot betervezni, beépíteni súlyos tévedés (antisztatikust pedig nem érdemes – semmi jelentősége). A szigetelő padlóburkolatokkal az MSZ-EN 61111 szab­vány foglalkozik.

Forrás: Szikrakisülés
Link: https://hu.wikipedia.org/wiki/Szikrakis%C3%BCl%C3%A9s

Forrás: Védekezés az elektrosztatikus kisülés ellen – Padlóburkolatok elektromos vezetőképessége
Kende László – műszaki igazgató Top Trade Kft.
Link: https://www.toptrade.hu/assets/vezetokepes-Magyar-Epitestechnika_2014_TopTrade.pdf

A villámokról

Magyarországon a villámcsapások nagy része a délutáni, esti id
szakban következik be (14 óra és éjfél között), a zivatarok (villámok keletkezésével járó légköri jelenségek) átlagos id
tartama kb. 1,5 óra. Az összes villámnak csak kb. 10… 20%-át teszik ki a földbe lecsapó villámok, azaz 80… 90%-uk felhő
k között jön létre, hosszuk elérheti a 10 km-t is. Sík területen az összes villámcsapás kb. 70 %-a negatív és 30 %-a pozitív villám. A pozitív polaritású villámok fajlagos energiája lényegesen nagyobb, kb. 10-szerese a negatívokénak. A villámlás során az elektromos kisülés igen rövid id
alatt felhevíti a környez
levegő
t, ami kitágul, és egy hanghullámként terjed
lökéshullámot hoz létre (mennydörgés). A villám f
kisülése egy 20 000… 30 000 °C h
mérséklet plazmacsatorna. Az eddig mért legnagyobb – kb. 500 kA – csúcsérték villámcsapás pozitív polaritású volt. Villámcsapáskor a felh
ő és a föld között felszabaduló energia kb. 10 liter olaj ft
értékével egyenlő
, illetve egy 3 kW-os elektromos ft
testet kb. 1 órán keresztül tudna működtetni. Ezért energetikai hasznosításával nem érdemes foglalkozni.

 A villámok sok évnyi elemzése és vizsgálata lehetővé tette, hogy villámcsapások villamos hatásait villámáram- és feszültséghullámok segítségével vizsgálhassuk. Ezeket a hullámformát a T1 / T2 aránnyal jellemezzük, az elnevezésük is erre az arányra utal.

T1= Növekedési idő
T2= Lecsengési idő fele
Ip= A vizsgálóáram csúcsértéke 

Általános áram-lökőhullám hullámalak

Az IEC szabványok szerint 2 villámáram-hullám típust különböztetünk meg: 

10/350 µs áram-lökőhullám, mely a közvetlen villámcsapás jellemzésére szolgál:

10/350 µs áram-lökőhullám hullámalakja

8/20 µs áram-lökőhullám, mely a közvetett villámcsapás jellemzésére szolgál:

8/20 µs áram-lökőhullám hullámalakja

A fent említett két villámáram-hullámot az SPD-k (IEC 61643-11 szabvány szerinti) tesztelésére valamint a villámáramok elleni védelmi szint meghatározására használják.

Az áramhullám csúcsértéke a villámcsapás intenzitását jellemzi.

A villámcsapások által létrehozott túlfeszültségeket 1,2/50 µs feszültség-lökőhullámmal jellemezzük:

1,2/50 µs feszültség-lökőhullám hullámalakja

Ezt a típusú feszültséghullámot használják annak ellenőrzésére, hogy az adott berendezés ellenáll-e a légköri eredetű túlfeszültségeknek (IEC 61000-4-5).

Lökő feszültséghullámmal szembeni követelmények

1. Csúcsérték: DU_CS = ±3%.
2. Homlokidő: t_H = 1,2 µs ±30%.
3. Félértékidő: t_F = 50 µs ±20%.

Lökőfeszültséggel végzett vizsgálatok

A lökőfeszültséggel végzett feszültségpróbákkal a szigetelésnek a külső (légköri) eredetű túlfeszültségek hatására várható viselkedése vizsgálható.

A feszültségpróbát eltérő módon kell végrehajtani regenerálódó, nem regenerálódó és kombinált (regenerálódó és nem regenerálódó elemeket is tartalmazó) szigetelések vizsgálatakor.

A lökőhullám

A természetben előforduló lökőhullámok igen sokfélék, a villám áramának homlokideje 1…10 µs, félértékideje 10…100 µs. A villámcsapás helyén kialakuló feszültséghullám homlokának meredeksége a visszaverődések és a szigetelők átívelése miatt növekszik. A szabványos (1,2/50) lökőhullámmal ezt a hullámot kívánjuk utánozni, modellezni.

Lökőhullám előállítása

A lökőhullámot általában kondenzátorokból, ellenállásokból és szikraközből álló két- időállandós aperiodikus áramkörrel (lökésgerjesztővel) állítják elő:

A feszültséghullám alakja exponenciális függvények különbségével írható le:

A paraméterek, azaz az időállandók reciprok értékei 1,2/50 lökőfeszültség-hullámhoz
(ahol R_k – a kisütő ellenállás, R_cs – a csillapító ellenállás, C_L – a lökőkondenzátor és C_T – a terhelőkondenzátor):

A félérték-, illetve a homlokidő:

Az áramköri elemek méretezéséhez többnyire az adott kondenzátorok kapacitásából indulunk ki, és ehhez méretezzük az ellenállásokat. Az elemek szokásos értékei (R_t – a töltő ellenállás):

A lökésgerjesztő működése

1.       A lökésgerjesztő bemenetére egyenfeszültséget kapcsolva a töltő ellenálláson (R_t) keresztül addig töltődik a lökőkondenzátor (C_L), amíg feszültsége az áramkör további részeit elszigetelő szikraköz átütési feszültségénél (U_SZ)
2.         A szikraköz átütésekor az áramkör záródik és a lökőkondenzátor (C_L) – kisülése miatt egyre csökkenő feszültséggel – a csillapító ellenálláson (R_cs) keresztül elkezdi feltölteni a terhelőkondenzátort (C_T), kialakítva így a hullám homlokát.
3.         Amint a terhelőkondenzátor (C_T) növekvő feszültsége eléri az őt töltő lökőkondenzátor (C_L) csökkenő feszültségét, mindkét kondenzátor kisül a kisütő ellenálláson (R_k) keresztül (kialakul a hullám háta).

    

    

   Ennek a folyamatnak és a megfelelően méretezett áramköri elemeknek eredményeként a terhelőkondenzátoron kialakul egy gyorsan növekvő, és egy lassabban csökkenő feszültséghullám, a lökőhullám.

A lökőhullám csúcsértéke a szikraköz távolságának állításával, míg gyakorisága a töltőfeszültség nagyságával változtatható.

A lökésgerjesztő feszültséghatásfoka (ahol U_cs – a lökőhullám csúcsértéke, U_sz – a szikraköz átütőfeszültsége):

Terheléskor a próbatest kapacitása (C_pr) hozzáadódik a terhelőkondenzátor (C_T) kapacitásához, ezért az előállított lökőhullám homlokideje (t_H) növekszik, félértékideje (t_F) és a hullám csúcsértéke (U_cs) pedig csökken. Ezért ezt a méretezés során figyelembe kell venni!

A lökésgerjesztőkkel szembeni követelmények

1. Megfelelő átmérőjű gömbelektródák alkalmazása (töltőfeszültségtől függően: d_gömb = 10… 25 cm).
2. Induktivitásmentes ellenállások és kondenzátorok alkalmazása.
3. Az áramköri elemeknek el kell viselniük a lökőáramok által okozott dinamikus és hőterhelést.
4. Kivezetéseiken nagy feszültséget kell elviselniük.
5. Különös gondot kell fordítani a földelésekre.
6. Többlépcsős lökésgerjesztőknél     biztosítani     kell     a     szikraközök     szinkronban mozgatását.
7. Speciális esetekben vezérelt indítású gyújtószikraköz alkalmazása.

Többlépcsős lökésgerjesztők

Az egyfokozatú lökésgerjesztők által előállítható lökőfeszültség csúcsértékének határt szab a töltőfeszültséget előállító egyenirányítók zárófeszültsége, illetve a lökőkondenzátor átütési feszültsége. Ezért laboratóriumokban – az egészen kis feszültségtől eltekintve – mindenhol többlépcsős lökésgerjesztőt alkalmaznak.

Alapelve az, hogy a lökőkondenzátorok (C_L) a töltő ellenállásokon (R_t) és a kisütő ellenállásokon (R_k) keresztül  párhuzamosan töltődnek mindaddig, amíg feszültségük eléri a szikraközök átütőfeszültségét. Ekkor a szikraközökön keresztül a lökőkondenzátorok sorbakapcsolódva (ezáltal feszültségeik összegződnek) töltik fel a terhelőkondenzátort (C_T):

Minden szikraköz egyenlő nagyságú, kivéve a legalsó fokozatot. Ennek szikraköze azért kisebb, mivel ennek átütése indítja meg a többiek átütését. A feltöltés folyamán a lökőkondenzátorok (C_L) annál több töltőellenállással (R_t) kapcsolódnak sorba, minél magasabb fokozatban vannak, ezért feszültségeik felfelé fokozatosan csökkennek.

Lökésgerjesztő szinkronozott indítása

Az egyszerű gömbszikraköz véletlenszerűen üt át és indítja meg a lökőhullám kialakulását. A lökőhullámot gyakran kell a mérőberendezéshez vagy egy szinuszos feszültséghez szinkronozni (pl. váltakozó feszültségre szuperponált lökőhullám). Ez a feladat vezérelt indítású gyújtószikraközzel valósítható meg.

A szikraközre (és vele együtt a lökőkondenzátorra), annak átütőfeszültségénél kisebb feszültséget adnak, majd a kívánt időpontban egy impulzus transzformátoron keresztül egy 10… 20 kV-os – aperiodikus vagy csillapodó periodikus – indítóimpulzust kapcsolnak. A terhelés oldali gömbelektróda 2 részre van osztva, amely az indító impulzus hatására átüt, s így ionokat juttat a gömbszikraköz terébe. Ennek hatására kb. 0,1 µs-on belül bekövetkezik a szikraköz átütése is.

Többlépcsős lökésgerjesztőknél elegendő, ha csak a legalsó gömbszikraközt készítik szinkronizálhatóra, mivel ennek átütése indítja meg a többiek átütését.

Levágott hullám előállítása

Az osztott gömbelektród és az indító impulzus levágott hullám előállítására is felhasználható. Ekkor azonban egy további vezérelt indítású gömbszikraközt kell a lökésgerjesztő kimenetére kapcsolni.

A hullám levágásának időpontját úgy lehet változtatni, hogy az egyik impulzusgenerátorral a lökőhullám indításának, a másikkal pedig a késleltetésnek megfelelően a hullám levágásának időpontja állítható.

Problémát okozhat az, hogy háton történő levágáskor a lökőhullám csúcsán még nem szabad átütnie a levágó szikraköznek, a lecsökkent feszültségen pedig igen.

Forrás: Óbudai Egyetem – KVK: Nagyfeszültségű technika
Nagy László

1986. április 26-án történt az atomenergia békés célú alkalmazásának legsúlyosabb balesete az egykori Szovjetunió (a mai Ukrajna) területén, a csernobili atomerőműben. A balesetnek nagyon jelentős hatása volt a nukleáris energetikára, mind a technológiát, mind a szabályozást, mind a társadalmi elfogadottságot illetően. A baleset, illetve az azt követő szovjet elhallgatás és a tájékoztatás csődje sokak szerint a Szovjetunió felbomlásában is fontos szerepet játszott.

Az RBMK reaktor

A baleset idején Csernobilban négy RBMK típusú atomerőművi blokk üzemelt. Az RBMK egy jellegzetes, nagy egységteljesítményű grafit moderátoros könnyűvíz hűtésű, forralóvizes reaktortípus. Felépítése jelentősen eltér a többi energetikai reaktorétól, ugyanis a korai plutónium-termelő reaktorok továbbfejlesztésén alapul. (A közhiedelemmel ellentétben a balesetet szenvedett csernobili reaktorban nem termeltek fegyvercélú plutóniumot, de maga a típus valóban alkalmas lett volna erre.)

A reaktorban az üzemanyag és a láncreakcióban keletkezett hő elvonását végző hűtővíz (hagyományos könnyűvíz) – az elterjedtebb BWR (forralóvizes) reaktoroktól eltérően – nem egy nagyméretű, nagy nyomásra tervezett reaktortartályban, hanem különálló hűtőcsövekben áramlik, a grafit moderátor pedig a csövek között, azokon kívül található. Ennek a reaktortípusnak van néhány előnyös tulajdonsága: a hűtőcsöves kialakítás miatt a reaktor leállítása nélkül is elvégezhető az üzemanyag cseréje (ehhez csak az adott hűtőcsatornát kell kizárni és egy speciális átrakógépet rácsatlakoztatni), valamint gyakorlatilag korlátok nélkül növelhető a reaktortípus teljesítménye újabb üzemanyag és hűtőcsatorna hozzáadásával. Nem véletlen, hogy a baleset idején már 1300 MW-os (eredetileg 1500 MW-osra ra tervezett) RBMK is üzemelt Litvániában, de már tervezés alatt állt a 2000 MW egységteljesítményű modell is.

A néhány előnyös tulajdonság azonban jóval több, súlyosan hátrányos jellemzővel párosult. A reaktor mérete a csöves elrendezés és a grafit moderátor miatt óriási volt (az 1661 hűtőcsatornában elhelyezett 190 tonna urán mellett 1700 tonna grafitot tartalmazott). Ez a nagy méret bonyolulttá tette a reaktor szabályozását. Még nagyobb gond volt azonban a reaktorban az inherens biztonság hiánya. Az inherens biztonság azt jelenti, hogy az aktív zónában olyan visszacsatolások működnek, amelyek reaktorfizikai szempontból a biztonság irányába viszik a reaktort – ez nem utólag beépített, mérnöki berendezéseket jelent, hanem a fizika és a reaktorfizika alkalmazását a biztonság érdekében.

A könnyűvizes reaktorokban (ilyenek a paksi atomerőmű jelenlegi és tervezett blokkjai is) a neutronok lassítását végző moderátor és a hasadásokban keletkező hőt elvonó hűtőközeg is ugyanaz a könnyűvíz. Nézzük, mi történik ezekben a reaktorokban, ha a láncreakció felgyorsul! A hasadások számának növekedésével egyre több hő keletkezik, magyarul az üzemanyag felmelegszik, hőjét pedig átadja a hűtőközegnek, így az szintén felmelegszik. A hőmérséklet emelkedésével a hűtőközeg forrni kezd, azaz gőzbuborékok jelennek meg benne, amelynek hatására csökken a neutronok lassításának hatékonysága (ami szükséges lenne a láncreakció fenntartásához), így végeredményben a hasadások száma csökkenni kezd. A reaktor tehát rendelkezik egy bizonyos önszabályozó képességgel, ami segít megakadályozni azt, hogy ún. kritikussági baleset következzen be benne.

Itt meg kell jegyezni, hogy egy ezzel ellentétes hatású folyamat is lezajlik: a könnyűvíz molekulákban (H2O) levő hidrogén bizonyos valószínűséggel elnyeli a neutronokat, amik így már nem vehetnek részt a hasadásokban. A közeg elforrásával – amellett, hogy a moderátor sűrűsége csökken – a neutronelnyelő anyag sűrűsége is csökken, azaz több szabad neutron fog rendelkezésre állni a hasadásokhoz. Ez a folyamat könnyűvizes reaktorokban elhanyagolható a moderátorsűrűségre gyakorolt hatásához képest, a két effektus eredője tehát negatív visszacsatolás. Ezt úgy mondjuk, hogy a könnyűvizes reaktorok üregtényezője (az üreg a gőzbuborékot jelenti) negatív.

Az RBMK-ban ezzel szemben a moderátor és a hűtőközeg nem ugyanaz az anyag: a moderátor a fent említett hatalmas grafittömbök formájában a hűtőközeget és üzemanyagot tartalmazó csatornák között helyezkedik el. Így a láncreakció intenzitásának növekedésekor hiába forr el a hűtőközeg egy része, a moderátor anyag magsűrűsége csaknem változatlan marad, hiszen a grafit hőtágulása ilyen szempontból csaknem elhanyagolható, ráadásul a grafit felmelegedése ebben a folyamatban sokkal lassabb. A helyzetet tovább rontja az, hogy a víz elforrásával ebben az esetben is elvesztjük a neutronokat elnyelő hidrogén egy részét, itt a nyomottvizes reaktorokkal ellentétben azonban nem kompenzálja a folyamatot a moderátorsűrűség csökkenéséből eredő neutronszám-csökkenés, hiszen a grafit magsűrűsége a folyamatban alig változik (a szilárd grafit ebben a folyamatban nem “forr el”, benne buborékok nem keletkezhetnek). Az RBMK-ban tehát – bizonyos üzemállapotokban – a láncreakció megszaladása a neutronok számának további emelkedését eredményezi, azaz a reaktor nem önszabályozó, üregtényezője pozitív. Ez egy rendkívül veszélyes reaktorfizikai tulajdonsága az RBMK reaktornak, ami teljesen eltér a könnyűvíz hűtésű, könnyűvíz moderálású reaktorokétól.

 Ez a pozitív üregtényező mint konstrukciós hiba a csernobili baleset alapvető oka (root cause), emellett azonban még számtalan további tervezési hiányosság terhelte a típust. Ilyen volt például a biztonsági védőépület (konténment) hiánya, vagy a biztonsági rendszerek kikapcsolhatósága.

A baleset

A balesetet egy rosszul megtervezett és a biztonsági rendszabályok sorozatos, durva megszegésével végrehajtott kísérlet okozta, amelynek során lecsökkentették volna a reaktor teljesítményét, majd leállították volna azt. A kísérletet azonban késleltette a teherelosztó kérése, ami miatt fél napig alacsony teljesítményen üzemelt a reaktor, igen jelentős xenon-mérgezettséget eredményezve, és instabil állapotba juttatva a reaktort. (A xenon-mérgezettség azt jelenti, hogy a reaktorban nagy mennyiségű – az urán hasadásából keletkező – Xe-135 izotóp halmozódik fel, amely előszeretettel nyeli el a reaktorban a neutronokat. Mennyisége azonban nem állandó, kiszabályozása emiatt, főleg nagyméretű reaktorokban nehézkes.)

Az operátorok ezután számos biztonsági berendezést kiiktatva próbálták előkészíteni a blokkot a tervezett kísérletre, ami az instabil reaktorban ún. megszaladáshoz, azaz a láncreakció ellenőrizetlen felgyorsulásához vezetett. Ennek következtében hatalmas energiamennyiség szabadult fel a reaktorban gőzrobbanást okozva, tönkretéve az üzemanyagot és a hűtőcsatornákat, és óriási mennyiségű vízgőzt, hidrogént és metánt termelve. A robbanékony gázok berobbanása után a moderátorként alkalmazott grafit meggyulladt, ami a magasabb légkörbe juttatta a kikerülő radioaktív anyagokat.

A tervezési hibák mellett nagyon komoly hiányosságok voltak a vezetési kultúrában és a biztonsági kultúrában is, hiszen a kísérlet, ami a balesethez vezetett, nem lett kellően megalapozva és engedélyeztetve (nem ismerték fel annak biztonsági relevanciáját), ráadásul az operátorok még ettől a rossz tervtől is eltértek, többször megszegték az üzemeltetési szabályzatot.

A baleset lefolyásának kronológiája

Előzmények – 1986. április 25., péntek

• 01:06 Csökkenteni kezdték a reaktor teljesítményét.
• 14:00 Kikapcsolták a zóna üzemzavari hűtőrendszert.
• 14:00 Az erőművet a teherelosztó további teljesítménycsökkentés elhalasztására utasította. A blokk teljesítményét 50%-ra állították, a két gőzturbina-generátor egység egyikét leállították. A csökkentett teljesítmény következtében a reaktorban reaktormérgek (erős neutronelnyelő anyagok, például Xenon-135) kezdtek felhalmozódni. A reaktor manőverező képessége csökkent.
• 23:10 A teherelosztó megadta az engedélyt a leállásra, a teljesítményt az operátorok csökkenteni kezdték.
• 24:00 Műszakváltás. A vezénylőbe érkezett új operátorok nem készültek fel a kísérletre.

Felkészülés a kísérletre – 1986. április 26., szombat

Az RBMK reaktor hűtőrendszerének vázlata

• 00:05 A reaktor teljesítménye 24%-ra csökkent. Ezen teljesítmény alatt a pozitív üregtényező miatt a visszacsatolás pozitív, így a reaktor öngerjesztő.
• 00:30 A reaktor teljesítménye a névleges érték 1%-ára esett. Vagy az operátor nem nyomta meg az automatikus teljesítménytartás gombot, vagy pedig műszerhiba miatt csökkent le a teljesítmény. Ugyanaz a pozitív üregtényező okozta, gyors teljesítményzuhanást, mint a későbbi robbanást. A reaktor instabil.
• 00:32 Az operátor szabályozórudakat húzott ki a zónából a teljesítménycsökkenés ellensúlyozására. A teljesítményt megpróbálták a kísérlethez szükséges szintre emelni. A zónában az engedélyezettnél kevesebb szabályozórúd maradt.
• 01:00 A reaktor teljesítménye 7%-on stabilizálódott.
• 01:03 A 6 működő fő keringető szivattyú mellé további kettőt kapcsoltak be. A vízszint a gőzdobban csökkenni kezdett.
• 01:15 A „gőzdob vízszint alacsony” jelre az üzemzavari védelmet kikapcsolták. Az üzemzavari védelem („automatikus vészleállítás”) leállítja a reaktort, ha bizonyos paraméterek (például hőmérséklet a zónában, hűtőközeg nyomása, vagy a gőzdob vízszint) egy előre beállított értéket túllépnek. Ez a védelem a kiiktatása miatt a továbbiakban már nem tudta ellátni a szerepét.
• 01:22 Az operátor további szabályozórudakat húzott ki a zónából. A reaktor hűtőközegének nyomását növelni akarták.
• 01:22 A kísérlet kezdetét vette.
• 01:22 Az operátor észlelte, hogy a reaktivitás-tartalék a megengedettnek a fele.
• 01:23 A „második turbina gyorszáró zár” jelre az operátor megbénította az üzemzavari védelmet. A kísérletet annak esetleges sikertelensége esetén azonnal meg akarták ismételni, a reaktor leállítása nélkül.
• 01:23:04 Lezárták a második turbina gyorszáróit. A turbina ezáltal leválasztódott a reaktorról, így több gőz a turbinára nem jutott, csak a lendülete miatt pörgött tovább. Mivel a turbina le volt zárva, a gőz a reaktorból kijutni nem tudott. A nyomás emiatt növekedni kezdett, a zónában a gőzbuborékok egy része összeroppant.
• 01:23:10 Az automatika szabályozórudakat húzott ki a zónából. A gőztartalom csökkenése a pozitív üregtényező miatt csökkentette a teljesítményt, ezt teljesítménytartásra kapcsolt automatika próbálta ellensúlyozni.
• 01:23:35 A zónában szabályozhatatlanná vált a gőzfejlődés. Az automatika által kihúzott rudak a gyorsabban növelték a teljesítményt a normálisnál a reaktor instabilitása miatt.
• 01:23:40 Az operátor megnyomta a vészleállító gombot. A biztonságvédelmi rudak tervezési hibából eredendően rövid időre kismértékben megemelték a teljesítményt a reaktor leállítása előtt. Ez a tény a baleset előtt is ismert volt, de figyelmen kívül hagyták, mivel normál üzem mellett nem okozott problémát. Azonban itt ez a kismértékű teljesítmény-növekedés a reaktor instabilitása miatt a teljesítmény szabályozhatatlan növekedését vonta maga után.
• 01:23:44 A reaktor teljesítménye néhány másodperc alatt a névleges érték százszorosára nőtt, ennek következtében hirtelen nagy mennyiségű gőz szabadult fel.
• 01:23:45 A fűtőelempálcák felhasadtak.
• 01:23:49 Az üzemanyagcsatornák (hűtőcsövek) fala felnyílt.
• 01:24 Gőzrobbanás. A reaktorban lévő összes víz pillanatok alatt elpárolgott, a gőznyomás szétvetette a reaktort és a biológiai védelmet (beton árnyékolást).
• 01:24 Gázrobbanás. A vízgőz a forró grafittal, valamint a reaktor szerkezeti anyagaival reakcióba lépve gyúlékony hidrogént és szén-monoxidot termelt. Ezek a gázok a reaktor felnyílása után a levegő oxigénjével elkeveredve berobbantak.
• 01:24 Grafittűz. A szabaddá vált grafit begyulladt és napokig égett.

Radioaktívanyag-kibocsátások

A robbanás során a reaktorépület gyakorlatilag megsemmisült, emiatt a reaktorban található radioaktív anyagok egy része szinte akadálytalanul kerülhetett a környezetbe. A meggyulladt grafit tüzének eloltása mintegy 8-10 napig tartott, ami tovább fokozta a radioaktív anyagok kibocsátását és transzportját a légkörben. Ennek megfelelően a kibocsátás a baleset után jó egy hétig volt jelentős. A kikerült radioaktív anyagok összes aktivitása a becslések szerint 1-2 EBq (exabequerel = 10¹⁸ Bq) lehetett.

A reaktorban lévő nemesgázok (kripton, xenon) 100%-a a környezetbe került. A jód-, tellúr-, és cézium-izotópok 20-40%-a jutott ki. Ezek az izotópok az égő grafit által felmelegített levegővel együtt több kilométer magasságba emelkedtek, és a légköri folyamatok függvényében igen nagy távolságba is eljutottak. A reaktor üzemanyagának kb. 3,5%-a, azaz 6 tonnányi fűtőelem szóródott szét a reaktor körül. A nagyobb fűtőelem-darabkák a reaktor közvetlen környezetében a talajra estek, a kisebb (néhány mikrométeres) darabkák jelenlétét viszont több száz kilométerre is ki lehetett mutatni. (Még Magyarországon is találtak ilyen, Csernobilból származó ún. forró részecskét.) A kevésbé mozgékony izotópok (stroncium, cirkónium, cérium, bárium stb.) az üzemanyagba ágyazódtak, ezért ezeknek is kb. 3.5%-a került a környezetbe a fűtőelem-darabkákkal együtt.

A csernobili baleset által érintett zónákat a talaj felületi radioaktív szennyezettsége alapján határozták meg. Azokat a területeket, ahol a Cs-137 izotóp általi szennyezettség meghaladta a 37 kBq/m²-t, szennyezett, kontaminált zónának nevezték. Súlyosan szennyezett terület alatt az 555 kBq/m² vagy annál magasabb fajlagos aktivitású területeket értették.

Radiológiai és egészségügyi hatások

A robbanásokban ketten meghaltak. A harmadik elhalálozás másnap reggel történt, égési sérülések miatt. A következő egy hétben további 28 személy veszítette életét égési sérülések vagy súlyos sugárbetegség miatt, így adódik a baleset 31 közvetlen halálos áldozata. Az előzőeket is beleértve 2005 közepéig kevesebb, mint ötven haláleset köthető közvetlenül a balesethez. Ezek többsége olyan erőművi dolgozó és tűzoltó, akik az elhárítás kezdeti fázisában nagyon magas sugárterhelésnek voltak kitéve. 

A baleset elhárításán 1986-1987-ben mintegy 200 000 odarendelt katona, belügyminisztériumi dolgozó, tűzoltó, bányász dolgozott, őket hívja a köznyelv likvidátoroknak. Számukra átlagosan 120 mSv effektív dózist adnak a becslések, a későbbi időkben a helyszínen dolgozó további 400 000 likvidátor esetében már sokkal kisebb dózisok adódtak. A 115 000 kitelepítettnek 30 mSv, a 30 km-es zónán kívül szennyezett területeken élőknek 9 mSv a baleset miatti átlagos effektív dózisa.

A három érintett országon kívül élő európaiak átlagos effektív dózisa 1 mSv lehetett az első évben, később ez jelentősen csökkent. (A távolabbi európai országokban ennél is kisebb sugárterhelés adódott.) Magyarországon az első évben kb. 0,5 mSv volt a lakosság átlagos többletdózisa a baleset következtében, a 70 évre (teljes élettartamra) integrált effektív dózis 1 mSv körüli. Fontos hangsúlyozni, hogy az egyes területek szennyezettsége között nem csupán a távolság miatt lehet különbség, hasonlóan fontos szerepe van a meteorológiai viszonyoknak is. A csernobili balesetet követően elsősorban ott tapasztalták a szennyezőanyagok jelentős kihullását, ahol radioaktív csóva átvonulása idején csapadék is hullott. Ennek tulajdonítható pl. Ausztria Magyarországnál nagyobb szennyezettsége. (Összehasonlításként: a globális átlagos természetes háttérsugárzás 2,3 mSv effektív dózist jelent évente.)

Egyes likvidátorok sugárterhelése jelentősen (akár több nagyságrenddel) meghaladta a lakosság dózisát, így a likvidátorok esetében többféle egészségügyi hatás is kimutatható: a nagyon jelentős sugárterhelést elszenvedettek körében az akut sugárbetegség előfordulásán kívül késői hatásként a szürkehályog, illetve a leukémia gyakoriságának növekedését (a gyakoriság megduplázódását) találták.

A likvidátorokon kívül a lakosságnál is kimutatható a sugárzás egészségügyi hatása, de az más jellegű: 2005-ig mintegy 6000 pajzsmirigyrákos esetet diagnosztizáltak az érintett ukrajnai, orosz és belorusz területeken, amelyek nagy része a pajzsmirigyet ért többlet sugárterhelés következménye. Szerencsére a pajzsmirigyrák nagyon jó prognózisú ráktípus, az időben felfedezett megbetegedések csaknem 100%-ban gyógyíthatók, emiatt is fontos az érintettek monitorozása, melyet a hatóságok kiemelten kezeltek.

A likvidátorok leukémia és szürkehályog esetszám-növekedésén, illetve a lakossági pajzsmirigyrákos eseteken kívül más – sugárzás miatti – hosszú távú hatást, pl. a genetikai mutációk illetve születési rendellenességek gyakoriságának növekedését nem tudták kimutatni.

A baleset másnapján, április 27-én kitelepítették az erőmű dolgozóinak is lakhelyéül szolgáló 45 ezres Pripjatyot. Május 14-ig az erőmű 30 km-es körzetében élő összesen 116 ezer lakost áttelepítettek. A későbbiekben 30-ról 40 km-re növelték az erőmű körüli védőzóna nagyságát, ennek eredményeképpen további 220 ezer embert telepítettek át.

Mintegy ezer kitelepített lakos visszatért az eredeti lakóhelyére, főként az idősebb korosztály képviselői közül. Az elmúlt két évtizedben különböző programok zajlanak a szennyezett területek megtisztítására, 2010-ben pedig Fehéroroszország bejelentette, hogy használatba szeretné venni a korábban szennyezettnek nyilvánított és lezárt területeit. A Fehérorosz Miniszteri Tanács döntése értelmében 2011 és 2015 között, majd egészen 2020-ig egy nemzeti program keretében a korábban szennyezett területeket ismételten használatba veszik, ami a sugárzási szintek figyelembe vétele mellett minimális korlátozások betartása és a használati feltételek rögzítése mellett lehetséges. A csernobili baleset által érintett belorusz területekről (Gomel és Mogilev régiók) korábban 137 ezer embert telepítettek át más területekre. A területen problémát okozhat a mezőgazdasági termelés, hiszen a termények jó része vélt és/vagy valós félelmek miatt eladhatatlan. A túl magas szennyezettségű talajokat beerdősítik.

Hatások az élővilágra a lezárt zónában

A természeti hatásokat illetően a legsúlyosabban érintett terület a később Vörös Erdőnek nevezett terület volt. Itt a szennyezettség olyan mértékű volt, hogy a fenyők – és számos állategyed is – elpusztultak az akut sugárzás következtében.

Ahogy arról az MNT FINE 2005-ös tudományos expedíciója keretében, a lezárt zónában készített dokumentumfilmben (Csernobil a saját szemünkkel) beszélünk, ott a Vörös Erdőben 1986 április végén, májusában 10 Sv/h nagyságrendű lehetett a dózisintenzitás, ami óriási érték.

A 30 km-es lezárt zónán belül a balesetet követő években az élővilág súlyosan károsodott, az arra érzékeny egyes fajoknál magasabb halálozási rátát és a reprodukciós képesség csökkenését vagy elveszítését, illetve egyes esetekben kromoszómaszintű károsodást is megfigyeltek a magas sugárzási szint miatt. Ugyanakkor a fajok mutációját – egy fenyőfajt leszámítva – nem figyelték meg.

A lezárt zónán kívül nem tapasztalták az élővilág akut sugárkárosodását. A sugárzási szint csökkenésével az élővilág néhány év alatt helyreállt: a területen (az emberi zavaró hatások hiányában) olyan állatfajok jelentek meg, amelyek korábban nem, vagy kevéssé voltak jellemzőek Csernobil környékére. Ezek közül a farkasokat, barna medvét, vörös hiúzt, európai bölényt, és ritka sas-fajokat érdemes kiemelni, valamint a rendkívül ritka vadon élő Przewalski-lovat. Az ENSZ által szervezett 2006-os Chernobyl Forum jelentése alapján a lezárt zóna a vadon élő állatok menedékévé vált. A zóna külső részén a sugárzás lényegesen lecsökkent, az állatok életfeltételei adottak. Néhány nagyobb testű emlős esetében számlálásokat is végeztek, ezek eredménye azt mutatta, hogy az egyes fajok eloszlása nem függ egyértelműen a sugárzási szinttől, és a fajok egyedszáma folyamatosan növekszik.

A szarkofág

A balesetben megrongálódott reaktorépület természetesen nem volt képes a környezettől elzárni a sérült reaktorzónát, ezért 1986 második felében egy ideiglenesnek szánt védőépületet, az ún. szarkofágot építették a reaktor fölé. A szarkofágot eredetileg csupán tíz évre tervezték, a végleges védőépület felépítését azonban a Szovjetunió felbomlása megakadályozta. Az épület egyre rosszabb állapotban van, nem volt tovább halogatható a cseréje.

Az ukrán állam végül nemzetközi segítséget kért a projekthez, amelyet az Európai Fejlesztési és Újjáépítési Bank (EBRD) koordinál. A létrehozott pénzügyi alapba (Chernobyl Shelter Fund) 1997 óta fizetnek be az országok – Magyarországot is beleértve. 2015 végéig mintegy 1,3 milliárd euró gyűlt össze az alapban, amely fedezi az építés költségeit. A kapcsolódó munkálatokkal együtt a projekt teljes költségvetése 2 milliárd euró lesz.

A teljes szerkezet 257 méter széles, 164 méter hosszú és 110 méter magas lesz, tömege eléri a 29 000 tonnát. Az építés 2012-ben kezdődött meg, az új védőépület befejezését 2017-re tervezik. Az új, immár hermetikus védőépület lehetővé teszi, hogy többnyire távirányítással leszereljék a korábbi szarkofágépületet, amely nélkül nem lenne lehetséges az üzemanyag-maradványok eltávolítása. (Az épülő új védőépületről látványos drónos videó található az EBRD honlapján.)

Hatások a nukleáris iparra

A baleset roppant fontos következményekkel járt a nukleáris iparra nézve. A közvélemény – teljesen jogosan – biztonságosan üzemelő atomerőműveket, pontos tájékoztatást, együttműködő üzemeltetőket követelt. Néhány ország végleg elfordult az atomenergia alkalmazásától, de a többi országban is sokat szigorítottak a biztonsági követelményeken. Új reaktortípusok fejlesztése kezdődött meg, ezek lettek a III. generációs reaktorok. Mindamellett, hogy a – nálunk is alkalmazott – nyomottvizes reaktorokban a csernobilihez hasonló megszaladásos baleset fizikai okokból nem tud lejátszódni, és grafit hiányában a kibocsátásokat fokozó grafittűz sem lehetséges, nyilvánvalóvá vált, hogy az új típusok fejlesztésénél figyelembe kell venni az esetleges súlyos balesetek előfordulását is, mérnöki megoldásokat adva súlyos zónasérüléssel járó kis gyakoriságú esetekre és létre kellett hozni a nukleárisbaleset-elhárítást, a lakosság védelméhez szükséges intézkedésekre való felkészülés moder rendszerét is. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség a csernobili balesetet követően vezette be a nemzetközi nukleáris eseményskálát (az ún. INES skálát) a gyorsértesítések és a lakosság tájékoztatásának elősegítése érdekében.

Csernobil – ismét, a TMI balesetéhez hasonlóan – megmutatta az emberi tényező, a biztonsági kultúra fontosságát, amely ma már alapvető jelentőségű a nukleáris biztonság értékelésében. Emellett a társadalommal való kommunikációt is előtérbe helyezte: ismét bebizonyosodott, hogy a lakosság bizalma csak a megfelelő, őszinte tájékoztatás mellett tartható fenn.

Az újraindítástól a leállításig

A baleset következtében kiesett 4 GW erőművi kapacitás komoly villamosenergia-hiányt idézett elő az erőmű által ellátott övezetben.
A védőlétesítmény építésével egyidejűleg a három megmaradt erőművi blokk folyamatos készültségben volt, hogy amint a lehetőségek adottak, újraindíthatóak legyenek.

• 1986. október 1. Az I. blokkot újraindították
• 1986. november 5. A II. blokkot újraindították
• 1987. december 3. A III. blokkot újraindították

Az erőmű üzemben tartásával szemben – elsősorban külföldi forrásokból – folyamatos ellenérvek merültek fel. A Szovjetunió gazdasági válsága, majd összeomlása viszont nem tette lehetővé az erőmű villamos teljesítményének kiváltását. A folyamatos üzem biztosításához az erőművi személyzet számára új várost építettek a Pripjaty folyó túlsó partján, az erőműhöz vezető vasútvonal mellett. A helyszín kiválasztásánál fő szerepet játszott, hogy a terület szennyezettsége alacsony legyen. Az új város, Szlavutics ma is az erőmű dolgozóinak lakhelye, annak ellenére, hogy az ukrán-belorusz határ két helyen is elvágja a várost az erőművel összekötő vasútvonalat.

• 1991. október 11. A II. blokk turbinacsarnokában kiütött tűz miatt a II. blokkot leállították. A reaktor teljes fűtőanyagát kirakták a pihentető medencékbe. A reaktor, illetve a II. erőművi blokk ezután többé már nem lett beindítva.
  
• 1995. december 25. Ukrajna kormánya a „hét vezető hatalommal” és az Európai Unióval kötött kölcsönös megállapodások alapján döntést hozott a csernobili atomerőmű végleges leállításáról.
• 1996. november 30. Az I. blokkot véglegesen leállították.
  
• 2000. december 15., 13:15 Ukrajna elnöke televízióadásban bejelentette a csernobili atomerőmű III. blokkjának leállítását. A leállításról szóló elnöki utasítást L. D. Kucsma ukrán elnök a külön kiépített televíziós vonalon keresztül közvetlenül adta ki az erőmű személyzetének.
  
• 2000. december 15., 13:17 Az ügyeletes reaktoroperátor 5. szintű vészleállítással (АЗ-5) megkezdte a reaktor leállítását. A csernobili atomerőművet véglegesen leállították.

Az erőmű sorsa

A leállított erőmű továbbra is nukleáris létesítménynek minősül, jogi státusza és a rá vonatkozó biztonsági előírások megegyeznek a működő atomerőművekével. 1997. szeptember 12-től a Csernobili Atomerőmű Vállalat az Enerhoatom fennhatósága alá került, majd 2001. április 25-én átszervezték a vállalatot, átnevezték Csernobili Atomerőmű Állami Speciális Vállalat névre és 2005. július 15-én a Rendkívüli Helyzetek Minisztériuma (2014 áprilisától Állami Katasztrófavédelmi Szolgálat) fennhatósága alá helyezték. A vállalat elsődleges feladata az erőmű állagvédelme, biztonsági és műszaki felügyelete, továbbá a leszerelési munkálatok előkészítése és végrehajtása. A szigorított biztonsági övezetben is a működő erőművekre vonatkozó biztonsági szabályok érvényesek, tekintettel arra, hogy a fűtőanyag még mindig a biztonsági övezet területén található.

Az I. blokk

Az egyes blokk 1996. november 30-i leállítása után 1998. december 15-én fogadták el a blokk üzemen kívül helyezésének és leszerelésének terveit. A reaktor pillanatnyilag kiégettfűtőelem-tárolóként üzemel, az aktív zóna berendezései közül a jelenlegi üzemhez szükséges biztonságvédelmi elemek működőképesek és üzemelnek; felügyeletüket csökkentett létszámú szakszemélyzet látja el folyamatos munkarendben. A reaktor aktív zónájában tárolt fűtőelemek remanens hőjének elvezetését a reaktor technológiai vízköre biztosítja, a szükséges mértékben csökkentett teljesítményű segédszivattyúk üzemeltetésével. További kiégett fűtőelemeket tárolnak a reaktor melletti pihentető medencékben. Az üzemanyag utántöltő- és átrakó berendezés továbbra is teljesen üzemképes. A technológiai vízkör feleslegessé vált elemeit leszerelték, a turbinacsarnoki gépezettel együtt. A turbinacsarnokban már csak a nagygépek (gőzelosztó, turbinák, generátorok, főgerjesztő-gépek) állnak a helyükön.

A II. blokk

A blokk az 1991. évi tűzeset után nem lett újraindítva. Végleges leszerelésének programját 2000. december 27-én fogadták el. A reaktort a tűz után teljesen kirakták. A leszerelési programmal összhangban a reaktor teljes szabályozó és biztonságvédelmi rendszerét, a technológiai, segédüzemi és vészhelyzeti hűtőrendszerét leszerelték. A reaktor melletti pihentető medencékben továbbra is kiégett fűtőelemeket tárolnak, ezért az átrakó berendezés üzemképes. A turbinacsarnoki berendezések állapota az I. blokkéval megegyező.

A III. blokk

A 2000. évi leállítás után a III. blokk leszerelése is tervszerűen folyik. A III. blokk állapota és funkciói megegyeznek az I. blokknál írottakkal.

A képgaléria megtekintéséhez kattints a képre!

Ajánlott videóanyag: Csernobil a saját szemünkkel
(Dokumentumfilm a 2005-ös magyar tudományos expedícióról, a lezárt zónában végzett mérésekről és megfigyelésekről, Magyar Nukleáris Társaság, FINE)

Részletesebb olvasnivaló: Szatmáry Zoltán, Aszódi Attila: Csernobil – Tények, okok, hiedelmek, Typotex, 2010, ISBN: 978-963-2791-17-3

Forrás1: Csernobil 30 – a baleset okai és következményei
Prof. Dr. Aszódi Attila
Link: https://aszodiattila.blog.hu/2016/04/26/csernobil_201

Forrás2: Csernobili atomerőmű
Link: https://hu.wikipedia.org/wiki/Csernobili_atomer%C5%91m%C5%B1

Túlfeszültség a villamos berendezésekben (elosztóhálózatokban, kapcsolóberendezésekben és villamos szerkezetekben) fellépő, a legnagyobb megengedett üzemi feszültség csúcsértékét (háromfázisú rendszerben az üzemi fázisfeszültség csúcsértékét) meghaladó feszültség, amely nagyságától, a jel alakjától, frekvenciájától és fennállásának időtartamától függően veszi igénybe a berendezés szigetelését.

A túlfeszültségvédelmi eszközök feladata a hálózaton belüli túlfeszültségek korlátozása. A túlfeszültségvédelmi készülékeknek az üzemidő nagy részében „működniük”, vagyis az üzem fenntartásához hozzájárulniuk nem kell, sőt nem is szabad. Működésüket közvetlenül, szándékoltan nem lehet előidézni. Rendeltetésszerűen és automatikusan kell viszont működniük, ha a hálózaton vagy a berendezésben túlfeszültség lép fel. Keletkezési módjuk és fennállásuk időtartama szerint a túlfeszültségek három csoportra oszthatók: belső, légköri eredetű és elektrosztatikus feltöltődésből eredő túlfeszültségek.

• A belső eredetű túlfeszültségek az energiaelosztó hálózaton belüli különböző célú kapcsolási folyamatok során keletkeznek, vagy azokat a villamos hálózatokban bekövetkező hibák okozzák. A belső eredetű túlfeszültségek két csoportra oszthatók: A rövid időtartamú kapcsolási túlfeszültségek (ún. tranziens túlfeszültségek) erősen csillapodó, periodikus vagy aperiodikus lefolyású, néhány ms-nál kisebb időtartamú feszültségek. A hosszú időtartamú és általában hálózati frekvenciájú túlfeszültségek a kisfeszültségű hálózatban elsősorban aszimmetrikus földzárlatok vagy rezonancia jelenségek során keletkezhetnek.

• A légköri eredetű túlfeszültségek a hálózattól független körülmények között, nukleáris robbanások és villámcsapások következtében jönnek létre, és időtartamuk néhány μs. A villámcsapás hatására túlfeszültségek a következő esetekben jöhetnek létre:
  1. Közvetlen villámcsapás éri a szabadvezeték fázisvezetőjét.
  2. A villámvédelmi árnyékolás céljából kialakított és leföldelt szerkezeteket (villámvédelmi felfogó rudak, védővezetők) éri villámcsapás, és a levezetett villámáram hatására a földelési ellenálláson fellépő feszültségemelkedés a fázisvezető átütéséhez vezet (visszacsapás).
  3. A szabadvezeték közelében becsapó villám illetve a levezetett villámáram hatására a hálózatok vezetékeiben (az épületek belső hálózatának vezetékeiben is) veszélyes mértékű túlfeszültség keletkezik vezetési, induktív vagy kapacitív csatolás révén. Ilyen módon elsősorban kisfeszültségű berendezések kerülnek veszélybe. Ez a villám ún. másodlagos hatása.
  4. Az elektrosztatikus feltöltődés vezető- és szigetelőanyagok érintkezése, egymáson való elmozdulása, majd szétválása során alakul ki. Ez a töltés szigetelt vezető testekben felhalmozódva olyan kisülést hozhat létre, ami egyrészt tüzet és robbanást okozhat, másrészt a villamos berendezésekben átütést, sérülést és hibás működést eredményezhet. Az elektrosztatikus kisülések nagy csúcsértékű és meredekségű áramimpulzusok kíséretében zajlanak le.

Csak a leggyakrabban alkalmazott túlfeszültségvédelmi eszközök felépítését és működését fogjuk ismertetni. Az eszközökből kialakított védelmi rendszerek részletes ismertetésével azonban már nem foglalkozhatunk. Először a nagy- és középfeszültségen alkalmazott túlfeszültségvédelmi eszközöket tárgyaljuk.

Nagy- és középfeszültségű túlfeszültségvédelmi eszközök

Ide sorolható a szikraköz, az oltócső és a klasszikusnak számító, de már kihaló félben lévő túlfeszültséglevezető, valamint az ezt kiváltó fémoxid túlfeszültségkorlátozó.

Szikraköz

A szikraköz a legegyszerűbb túlfeszültségvédelmi eszköz, amely a túlfeszültség hatására átüt, és a föld felé levezetődik az energia és megszűnik a túlfeszültség. Ezt követően azonban a hálózati feszültség földzárlati áramot hajt át, amit egy megszakítónak kell megszakítania. Ezen hátránya, továbbá megszólalási feszültségének nagy szórása miatt a szikraközt csak tartalékvédelmi eszközként, vagy koordináló szikraközként, illetve – a szigetelő megóvása érdekében – ívterelő szikraközként alkalmazzák.

Szikraköz

Oltócső

Az oltócső szerkezete alapvetően két sorba kapcsolt szikraközből áll. Az előszikraköz normális üzemviszonyok között a hálózatról leválasztja a készüléket. Ebben az esetben tehát az üzemi feszültség nem roncsolja feleslegesen a gázfejlesztő anyagból készült oltókamrát és a főszikraköz elektródáit. Az oltócső megszólalási feszültségét döntően az elő- és a főszikraköz hossza szabja meg. A két szikraköz nagyságának megválasztásánál arra kell törekedni, hogy eredőben a legkisebb megszólalási feszültség adódjon. Az előszikraköz nagyságának megállapításánál tekintettel kell lenni arra, hogy az előszikraköznek biztosítani kell az oltócső hatásos leválasztását a hálózatról, a főszikraköz nagyságának megállapításánál pedig az ívoltás követelményeit kell figyelembe venni. A fő- és előszikraköz hosszának aránya általában: 2,5:1. A főszikraköz megszólalási feszültségének polaritásfüggését fémszórással csökkentik. Az oltókamrában gáz fejlődik az utánfolyó áram ívének hatására. A gázfejlődés következtében nő a nyomás és a gáz nagy sebességgel az alsó cső alakú elektródán kiáramolva az oltókamrából megszakítja a szikraközben kialakult villamos ívet, és deionizálva a szikraközt, megakadályozza annak újragyújtását. Az oltócső önoltó típusú megszakítónak tekinthető, tehát a megszakítandó árammal arányosan nő az oltóhatás, és az ívidő egy alsó és felső határáram között az áram nagyságától függetlenül állandónak tekinthető. Az oltócsövet elsősorban a középfeszültségű szabadvezetéki hálózatban használják. Egyik felszerelési módja a 7.146. ábrán látható. Mindig ügyelni kell arra, hogy az oltócső alatt szabad „kifúvótér” álljon rendelkezésre.

Oltócső

Oltócsó felszerelése

Túlfeszültséglevezető

A túlfeszültséglevezető lényegében sorba kapcsolt szikraközöket és feszültségfüggő ellenállásokat tartalmaz. A helyettesítő kapcsolás szerint a szikraközökkel potenciálvezérlő ellenállások is vannak párhuzamosan kapcsolva, és ezekkel vannak sorba kötve a nemlineáris levezető ellenállások, amelyek kis feszültség esetén nagy, nagy feszültség esetén kis ellenállást képviselnek az ábrán szintén látható karakterisztika szerint, amelynek matematikai közelítése:

7-17 összefüggés

ahol az ún. nemlinearitási tényező: α=4…5 értékű. A karakterisztika a J áramsűrűség és E villamos térerősség fajlagos értékeivel is közelíthető:

7-18 és 7-19 összefüggés

Túlfeszültséglevezető helyettesítő kapcsolása és a levezető ellenállás kararakterisztikája.

Időfüggvények a túlfeszültséglevezető működésekor.

A túlfeszültséglevezető akkor kezd működni, amikor a feszültség a túlfeszültség-levezető kapcsain eléri a szikraközök megszólalási feszültségét. Ekkor a szikraközök átütnek, és a túlfeszültséget okozó töltés nagy része egy nagy levezetési áramimpulzus formájában a kis értékű nemlineáris ellenálláson keresztül lefolyik a földbe. Ez az Imax csúcsértékű áramhullám a nemlineáris ellenálláson feszültségesést, úgynevezett maradékfeszültséget (Um) hoz létre, amely nyilván nem lehet nagyobb a szikraközök megszólalási feszültségénél (ez korlátozza Imax értékét). Ezt követően a hálózati feszültség hajtja át az átütött szikraközökön égő íven és a nagy értékűre növekedett nemlináris ellenálláson keresztül az igen kis (néhány száz A) csúcsértékre (Iu) korlátozott földzárlati áramot, amely áram a nullaátmenethez közeledve meredeken csökken, és még az első nullaátmenetben megszűnik. Ezzel együtt kialszik a szikraközökben égő ív is.

A szikraközre vonatkozó egyik fontos követelmény, hogy megszólalási feszültsége a túlfeszültség meredekségével ne változzon, azaz ne növekedjen, tehát a megszólalási feszültség-idő jelleggörbéje közel vízszintes legyen. Ennek érdekében – az átütés helyén a homogén villamos tér kialakítására törekedve – síkelektródákat használnak és előionizációt alkalmaznak. A szikraközökre vonatkozó másik lényeges követelmény az utánfolyó áram megszakítása, tehát az ív újragyulladásának megakadályozása az első nullaátmenetben. Statikus szikraközben a rövid ív jelentős anód- és katódesése valamint a fémfelületek hűtő, deionozáló hatására alszik ki az ív. A dinamikus szikraközben az ív permanens mágnesekkel létrehozott térben forogva alszik ki.

A levezetésre szolgáló nemlineáris ellenállások elemeit oxidréteggel burkolt sziliciumkarbid szemcsékből, sajtolják össze hengeres geometriai formára. A nemlineáris vezetési tulajdonság főként az oxidrétegben kialakuló különböző fizikai hatások (pl. alagúthatás) eredőjeként jön létre. Az elemek nedvességállóságát a palástfelület festésével, a csatlakozások átmeneti ellenállásának csökkentését, a homlokfelületek fémszórásával javítják.

A vezérlő ellenállások használatával érhető el a sorba kapcsolt szikraközök egyenletesebb feszültségeloszlása. A feszültségeloszlás ugyanis egyenlőtlen lenne, ha azt a szórt kapacitások és nem a szikraközökkel párhuzamosan kapcsolt vezérlő ellenállások határoznák meg. Ezek is sziliciumkarbidból készült nemlineáris ellenállások, de a levezető ellenállásoknál nagyságrenddel nagyobb értékűek. A vezérlő ellenállásokon üzemi feszültség hatására csak mA nagyságrendű vezérlő áram folyik át. Túlfeszültség felléptekor azonban ez az áram jelentősen megnő, és így az egyes szikraközökre jutó feszültség és azok megszólalási értéke gyakorlatilag azonossá válik.

Túlfeszültséglevezető szerkezeti felépítése.

Az ábrán egy túlfeszültséglevezető szerkezeti felépítése látható. A levezető üzemi feszültsége és levezetési árama által megszabott sorba kapcsolt szikraközökből, valamint levezető és vezérlő ellenállásokból összeállított oszlopot porcelán szigetelő csőbe helyezik, és azt – az elemek közötti jó érintkezés biztosítása céljából – rugóval összeszorítják. A belső teret egy membrán zárja le, amely sikertelen ívoltás miatt bekövetkező túlnyomás hatására nyit, és megakadályozza a robbanást.

Fémoxid túlfeszültségkorlátozó

Láttuk, hogy a hagyományos túlfeszültséglevezető esetében a szikraközre csak azért volt szükség, mert az 50 Hz-es üzemi feszültség által áthajtott több száz A értékű maradékáramot meg kellett szakítani. Ellenkező esetben a levezető ellenállások rövid időn belül, túlmelegedés következtében, tönkrementek volna. A levezető ellenállás α nemlinearitási tényezőjének növelésével (lásd pl. a 7-17 összefüggést), a maradékáram egyre kisebb értékű lesz és a karakterisztika egyre inkább megközelíti az ideálisnak tekinthető α =; ∞ paraméterű függvénygörbét. Ily módon olyan kis maradékáram érhető el, amelyet az ellenállás tartósan termikusan elvisel.

A fémoxid (vagy cinkoxid) túlfeszültséglevezetőkben alkalmazott nemlináris ellenállás cinkoxid (ZnO) bázisanyagból áll. Ha most a „fémoxid” szót használjuk megkülönböztető jelzőként, akkor jogos lenne, hogy a előzőekben ismertetett túlfeszültséglevezető elé is kitegyük a sziliciumkarbid jelzőt. Ezt az eszközt azonban akkor hozták létre, amikor a cinkoxidnak a sziliciumkarbidnál kedvezőbb nemlineáris tulajdonságai még nem voltak ismeretesek, így más anyagoktól való megkülönböztetés nem volt szükséges. Manapság már a címbeli megnevezés terjedt el, annál inkább, mert ezek az újfajta eszközök a hagyományos túlfeszültséglevezetőket már majdnem teljes mértékben felváltották.

Szilárdtestfizikai kutatások során jutottak el ZnO kerámia kompozició alkalmazásához. A levezető ellenállás mintegy 90%-ában ZnO kerámia-alapanyagot, a többi részében adalékanyagokat (bizmut- és kobaltoxid) tartalmaz. Ezen anyagok finom, porszerű keverékéből sajtolással állítják elő a tárcsa alakú formákat, amelyek nagy hőmérsékleten való szintereléssel szilárd testté állnak össze. Ennek során a bizmutoxid megolvad és üvegfázisba megy át. A szilárd állapotú, 10…20 μm nagyságú (a kobaltoxid diffúziója folytán viszonylag jó vezetővé tett) ZnO-szemcsék között igen vékony (kb. 0,01 μm) bizmutoxid réteg képződik. Ez a diódákéhoz hasonló záróréteg felelős az ellenállás nemlineáris viselkedésért. Kis villamos térerősség esetén a bizmutoxid réteg gátolja az elektronok mozgását és csak igen kis kapacitív áram folyik át a levezetőn. A térerősség növelésével az elektronok – az alagúthatás következtében – átlépve az elektrongátat az ellenállás igen kicsiny értékűre csökken (végezetül csak a kobaltoxiddal csökkentett ZnO-szemcsék ellenállására). A levezetőn belül az áramutak cinkoxid-szemcsék általában soros kapcsolásából alakulnak ki.

A cinkoxid levezető ellenállás változásának jellege a feszültség-áram (U – I), vagy a villamos térerősség-áramsűrűség (E – J) karakterisztikájukkal mutatható be. Az utóbbi látható kétszer log-log-léptékben a 7.150. ábrán, amelyen összehasonlításképpen a szilciumkarbid jelleggörbéjét is feltüntettük. A jelleggörbék centrális tükrözéssel a változók negatív értékeire is megrajzolhatók, tehát a levezető ellenállások egyen- és váltakozó áramú körökben egyaránt használhatók. A karakterisztikák még közelítőleg sem írható le az eddig használt (7-19) szerinti hatványfüggvénnyel, ha α értékét állandónak vesszük. Pl. a karakterisztika kezdeti szakaszán α =1-15, a középső szakaszán α≌40, a felső szakaszon α≌8 értékkel számolva kapunk megfelelő értéket. Látható, hogy a karakterisztika az üzemi feszültségek, tehát a kis áramok tartományában erősen függ a hőmérséklettől, mégpedig úgy, hogy a hőmérséklet növekedésével csökken a levezető nemlineáris jellege, azaz adott feszültségnél nagyobb áram folyik át rajta, amely hőmegfutáshoz vezethet. Megfelelő méretezéssel ez a probléma megoldható. A nagy nonlinearitású ZnO ellenállás alkalmazásából azonban két fontos előny származik. Az egyik előny, hogy a kis maradékáramnak köszönhetően nincs szükség szikraközre. A másik az, hogy a maradékfeszültség is kicsi. A ZnO levezetőknek számos – itt nem részletezett – egyéb előnyös tulajdonsága van még.

Levezető ellenállások E-J karakterisztikái.

A cinkoxid túlfeszültségkorlátozók szerkezeti felépítése is rendkívül egyszerű akár a porcelánházas, akár a polimerházas (szilikongumi) levezetőt tekintjük. Az utóbbiről mutatunk be egy részletrajzot a lenti ábrán. A ZnO-tárcsákat szorosan egymáshoz szorítva helyezik el a légmentesen lezárt szilikongumi-házban, amelynek két végét a csatlakoztatásra szolgáló fémszerelvényekkel látják el.

Polimerházas ZnO túlfeszültségkorlátozó

Kisfeszültségű túlfeszültségvédelmi eszközök

Ide sorolható a fémoxid túlfeszültségkorlátozó (varisztor), a nemesgáztöltésű túlfeszültséglevezető és védődióda.

Fémoxid túlfeszültségkorlátozó (varisztor)

A kisfeszültségű elosztó hálózatokban, valamint szabályozási vezérlési és automatizálási áramkörökben alkalmazott cinkoxid (vagy fémoxid) túlfeszültséglevezetőket varisztoroknak nevezzük. A varisztorok olyan feszültségtől (nem lineárisan) függő VDR-ellenállások (voltage dependent resistors), amelyeknek ellenállása az U feszültségük növekedésével erőteljesen csökken. Túlfeszültség esetén igen rövid idő ( tc <;25 ns) alatt megszólalnak, és nagy lökőáramok (max. 4000 A) levezetése után a hálózati feszültség hatására a megnövekedett ellenállásukon csak igen kicsiny (<;30 μA), tartósan is megengedhető szivárgási áram folyik át.

A ZnO levezető ellenálások tulajdonságait, karakterisztikáit a fentebb már bemutattuk. A varisztor szerkezeti felépítése az lenti ábrán látható. A tárcsa alakú fejrész epoxigyantából készült burkolatán belül a két kivezetés között helyezkedik el. A fejrész (típustól függően) D =7…25 mm átmérőjű és v =3…8 mm vastagságú.Kép

Varisztor

Nemesgáztöltésű túlfeszültséglevezető

A nemesgáztöltésű túlfeszültséglevezető a gázkisülések elvén működik. Szerkezeti felépítése kivezetések nélküli kivitelében a lenti ábrán, kivezetésekkel ellátott formájukban pedig a másik ábrán (ahol a jellemző méretei is szerepelnek mm-ben) látható. Egy gyűrű alakú, üveg vagy keramikus anyagból lévő, szigetelő két végén fém elektródok zárják le légmentesen a kisülési teret, amely túlnyomó részben argonnal és neonnal van feltöltve. A Ha az elektródokra kapcsolt feszültség meghaladja a gyújtófeszültségüket (amely típustól függően 70 V…15 kV), a kisülési térben néhány μs-on belül kis feszültségű (10…25 V) ív jön létre, amely kis ellenállása (<;0,1 Ω) révén igen nagy levezetési áram (lökőhullám esetén max. 60 kA) kíséretében süti ki az áramkört. Ezután az ív elalszik, és a levezető ellenállása az alapállapotára jellemző nagy (≥10 GΩ) értékre áll vissza. Az 1 mm-nél kisebb távolságra lévő síkelektródok felületei emissziót elősegítő bevonattal vannak ellátva. Ez az aktiváló anyag az elektronok kilépési munkáját lényegesen csökkenti. A túlfeszültséglevezetőnek gyorsan kell megszólalnia, hogy a gyorsan (kb. 1 kV/μs) meredekséggel növekvő túlfeszültséget megfelelően korlátozza. Ennek érdekében a gyűrű alakú szigetelő belső felületére olyan gyújtássegítő réteget hordanak fel, amely a villamos tér eltorzításával gyorsítja meg a gázkisülés kialakulását. A gázkisülések sztohasztikusan zajlanak le, ezért a túlfeszültséglevezetőtől azt is megkövetelik, hogy adott tűrésen belül szólaljon meg egyenfeszültség lassú (kb. 100 V/s) növekedésének hatására. Ezen villamos jellemzőket széles határok között lehet változtatni és a levezetőt a legnagyobb élettartamú működésére optimalizálni a zárt kisülési térben lévő gázok összetételének és nyomásának változtatásával (a környezeti hatásoktól függetlenül), valamint az elektródok távolságával, az aktiváló és gyújtássegítő anyag bevonatával és összetételével.

Nemesgáztöltésű túlfeszültséglevezető kivezetések nélkül

Nemesgáztöltésű túlfeszültséglevezető kivezetésekkel

Védődióda

Az integrált áramköröket tartalmazó elektronikus készülékeket a be- és kimenetükön, vagy a tápegységükben megjelenő, rövid ideig tartó, de nagy amplitúdójú feszültségcsúcsok tönkretehetik. Ilyen impulzusok induktív vagy kapacitív terhelések kapcsolásakor, elektrosztatikus feltöltődés vagy villámcsapás során keletkezhetnek. Az elektronikus készülékek túlfeszültség elleni védelmére különösen alkalmasak az erre a célra kifejlesztett nagyon kicsiny (kb. 1 ns) megszólalási idejű és elegendően nagy (max. 400A) áramimpulzusok levezetésére is alkalmas Zener-védődiódák, amelyeket TransZorb-diódáknak ( Trans ient Z ener Abs orb er) is neveznek. Gyakran használt kiviteli formájuk a fémtokozású, nagy hőkapacitású ún. szupresszor-diódák.

Szupresszor-dióda

A védődiódák feszültség-áram (I-U) karakterisztikája a lenti ábrán látható. Túlfeszültségvédelmi működésük bemutatására a diódák karakterisztikájának csak a záróirányú szakaszát kell figyelembe venni. Ennek jellemző pontjaihoz tartozó értékpárok a következők:

1. UR névleges záróirányú feszültség (amelynél a dióda még nem vezet), és ahhoz tartozó igen kis értékű I R (=1 μA) szivárgási áram (a gyártók U R V-ban kifejezett értékével különböztetik meg az egyes típusokat a típuscsaládon belül),
2. Ule letörési feszültség , amely az I le =1 mA értékű letörési áramhoz tartozik és
3. Uzmax maximális záróirányú (zener) feszültség , amely a 10/1000 μs-os szabványos lökőáram Ippmeg megengedett csúcsértékéhez tartozik. Ekkor keletkezik a diódára megengedhető legnagyobb (ún. 1 ms-os) P p csúcs-impulzusteljesítmény (Pp = Uzmax ⋅ Ippmeg).

Védődióda karakterisztikája

Váltakozó feszültségű alkalmazáskor a két diódát kapcsolnak egymással szemben Ebben az ún. szimmetrikus kivitelű esetben a záróirányban igénybevett dióda megszólalása esetén a másik dióda vezeti az IF nyitóirányú áramot , amelyhez az UF nyitóirányú feszültség tartozik a dióda nyitó irányú karakterisztikájának megfelelően.

Forrás: VER villamos készülékei és berendezései
Koller László, Balázs Novák
Link: https://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop425/0048_VIVEM177/ch07s07.html