Lika visst som det blir sommar varje år, lika visst blir det av åskväder och lika regelbundet ser vi rapporter om skador på installationer och elektriska produkter av skilda slag. Det finns ingen bra statistik över hur stora kostnader dessa skador medför för samhället totalt, men de är säkert större än vad man i förstone tänker sig. Det handlar nämligen inte bara om förstörda teveapparater, datorer och annan elektronisk utrustning utan än mer om kostsamma driftstopp i olika slag av verksamheter – industrier, sjukhus, kommunikationer – och, inte minst, om elbränder.
Antalet åskväder varierar från år till år. Vi kunde för några år sedan utifrån tillgänglig statistik konstatera att det var dubbelt så många blixtnedslag ett år jämfört med föregående år. Till vår förvåning fann vi också att det var dubbelt så många villabränder det året jämfört med året innan. Detta styrker teorin att många bränder beror på just åska. Motsvarande tankar har vi även mött från elsäkerhetsmyndigheter i grannländerna.
Med den relativt begränsade åskintensitet vi har i Sverige kan det sällan anses motiverat att installera åskskyddsanläggningar mot direkta blixtnedslag i mindre byggnader som villor och liknande. De stora riskerna är i stället de ledningsbundna överspänningarna, som kan komma in via elnätet men i vissa fall även via andra metalliska ledningar. En åsköverspänning har ett oerhört snabbt förlopp. Man brukar räkna med en stigtid för urladdningsströmmen på 1,2 µs till maxvärdet, och att den därefter avtar till halva värdet inom 50 µs. Ibland kan energin vara så hög att det medför omedelbar brand. Det vanliga är emellertid att det inte uppstår några synliga eller mätbara skador, men den höga impulsen kan ändå ha medfört små osynliga genomslag i de elektriska ledarnas isolering. Först händer ingenting. Efter hand kryper så fukt in i de mikroskopiskt små hål som uppstått, och efter kanske ett par tre månader blir det ett genomslag med små ljusbågar som inte är så stora att skydden löser omedelbart, men som ändå kan starta en brand. På så sätt kan ett antal bränder uppstå på höstarna, några månader efter åsksäsongen, utan att man sätter det i samband med åska.
Överspänningskategorier
Mot den ovan tecknade bakgrunden kan man lätt inse att det är viktigt att elmaterielen väljs så att de kan motstå de överspänningar som kan förväntas. Tidigare föreskrifter och installationsstandarder har inte gett någon större vägledning i dessa frågor. Därför vill vi rekommendera elektriker att studera de anvisningar som ges i Elinstallationsreglerna, SS 436 40 00, avsnitt 443 Skydd mot åsk- och kopplingsöverspänningar.
Bland de inledande kraven här kan vi läsa: ”Hänsyn ska tas till överspänningar som kan uppstå i anslutningspunkten, till förväntad åsknivå samt till överspänningsskyddens placering och egenskaper, så att störningar som orsakas av överspänningar kan minskas till en acceptabel nivå med hänsyn till säkerheten för personer och egendom samt önskad driftsäkerhet.” Vidare redogörs för olika överspänningskategorier och kraven på materielens impulsspänningstålighet. De olika kategorierna beskrivs på följande sätt:
Materiel som har en impulsspänningstålighet motsvarande överspänningskategori IV är lämplig för användning i elinstallationens anslutningspunkt eller i närheten av denna på matningssidan av huvudcentralen.
ANM 1 – Exempel på sådan materiel är elmätare, primärt överströmsskydd och utrustning för begränsning av övertoner.
Materiel med en impulsspänningstålighet motsvarande överspänningskategori III är till för
användning i fasta installationer vid huvudcentralen och i effektriktningen efter huvudcentralen för vilken fordringar på en hög tillgänglighet ställs.
ANM 2 – Exempel på sådan materiel är elcentraler, effektbrytare, ledningssystem inklusive kablar, skenor, kopplingsdosor, installationsströmställare och uttag i den fasta installationen samt materiel som är avsedd för industribruk och viss annan materiel, t ex fast monterade motorer som är fast anslutna.
Materiel med en impulsspänningstålighet motsvarande överspänningskategori II är lämplig
för materiel som är avsedd att anslutas till den fasta elinstallationen.
ANM 3 – Exempel på sådan materiel är hushållsapparater, handhållna verktyg och liknande apparater. Datorer, audio-/videoapparater och andra elektronikapparater kan vara känsliga för transienta och/eller tillfälliga överspänningar som är mindre än 2,5 kV mellan fasledarna. Detta på grund av inbyggda skydd och filter.
Materiel med en impulsspänningstålighet motsvarande överspänningskategori I är materiel som endast är avsedd att anslutas till byggnadens fasta elinstallation, förutsatt att skyddsåtgärder är vidtagna utanför materielen för att begränsa överspänningarna till den specificerade nivån.
ANM 4 – Exempel på sådan materiel är bruksföremål för hushållsändamål som innehåller elektronikkretsar som är mycket känsliga för överspänning.
Kategorierna IV och III gäller således installationen och viss fast ansluten utrustning, medan II och I gäller anslutna förbrukningsapparater. Och hur hög spänning ska då materielen minst tåla? I en tabell anges värdena för de olika kategorierna:
Fordringar på märktålighet mot impulsspänningar hos materiel
Skydd mot åsköverspänningar
Standarden listar ett antal verksamheter där man anger att det ska finnas skydd mot överspänning. Det gäller verksamheter där man kan förutse konsekvenser av överspänningarna som är relaterade till människoliv, till exempel nödkraft och medicinteknisk utrustning, vidare konsekvenser som gäller publika tjänster och IT-tjänster samt kommersiell eller industriell verksamhet. När det gäller bostäder, kyrkor, kontor, skolor etc. finns formler som kan användas för värdering av skyddsbehovet. Utifrån de erfarenheter som vunnits de senaste åren bör det inte vara fel att rekommendera alla som har datorer hemma att överväga att installera överspänningsskydd för åtminstone datorer och annan IT-utrustning.
En anläggning som är ansluten till luftledningsnät är extra utsatt och där kan man generellt rekommendera någon form av skydd. I kabelnät med lite större utsträckning dämpas överspänningar avsevärt på grund av den höga induktansen i ledningarna.
Överspänningsskydd
Överspänningsskydd kan installeras i anslutningspunkten som anläggningsskydd, ”grovskydd”, för hela installationen. Överspänningsskydd kan också installeras för enskilda objekt som apparatskydd eller ”finskydd”. Säkrast är att använda båda slagen av skydd, då grovskyddet reducerar spänningen till en mer hanterbar nivå och tar hand om en del av energin, varefter finskyddet sänker spänningen till den nivå som apparaterna ska klara (det vill säga < 1,5 kV enligt det föregående).
I större och komplicerade anläggningar kan det vara nödvändigt att anlita sakkunnig hjälp för rätt koordinering av skydden. I sådana anläggningar kan det krävas skydd i flera steg och det är viktigt att de träder i funktion i rätt ordning.
Skyddsutjämning
I nu gällande standard ställs krav på skyddsutjämning i varje byggnad. Skyddsutjämningen ska ju omfatta bland annat alla utifrån inkommande ledande föremål, det vill säga elledningar, rörledningar av metall och metallmantlar på kablar för telekommunikation. Dessutom ska åtkomliga främmande ledande delar anslutas till skyddsutjämningen. Är detta rätt utfört får alla delar i byggnaden i stort sett samma potential, även om det utifrån kommer in en hög överspänning. På så sätt förebyggs överslag mellan installationen och andra delar i anläggningen. Skyddsutjämning är således verksamt även som skydd mot skador till följd av överspänningar.
Men här finns det fallgropar! På grund av överspänningens snabba tidsförlopp (stigtid på cirka 1 µs) blir reaktansen i alla ledningar mycket stor. Ledningens area och resistans saknar däremot i stort sett betydelse. Man räknar vanligen med ett spänningsfall på 1 kV/m ledning vid en åsköverspänning. Om då vattenledningen eller teleledningen kommer in på ett ställe i byggnaden och elkabeln på ett annat, så måste någondera ha ett stort avstånd inom byggnaden till huvudjordningsskenan, som utgör centrum för spänningsutjämningen. Är till exempel avståndet från den punkt där teleledningen förs in i byggnaden till huvudjordningsskenan några meter kan potentialskillnaden (spänningen) mellan teleledningen och andra ledande delar följaktligen uppgå till flera kilovolt. Därför poängteras det att ledande delar, där så är möjligt, bör föras in i byggnaden nära varandra och att de ska förbindas till skyddsutjämningen nära det ställe där de förs in.
Väl planerad installation ger bra skydd
Kan man då lita på att en installation som utförs enligt installationsstandarden är helt säker vid ett åskväder? En blixt kan ha en strömstyrka som kan variera med en tiopotens och ett nedslag kan inträffa alldeles nära installationen om man har otur. Ett hundraprocentigt skydd för en installation mot åska finns nog inte. Det finns emellertid exempel på fall, där man vid ett åskväder kunnat konstatera att de installationer som varit utförda enligt gällande standard och varit försedda med rekommenderade skydd klarat sig oskadda, medan i stort sett samtliga datorer som var anslutna till de äldre oskyddade installationerna havererat. En rätt utförd installation enligt Elinstallations-standarden ger alltså en god säkerhet under de flesta förhållanden.
Kostnaderna för en rätt utförd installation med lämpliga överspänningsskydd i enlighet med standardens fordringar kan lätt motiveras, om man väger den ökade säkerheten för personer och materiel mot de ekonomiska och driftmässiga konsekvenserna av ett stort datorhaveri eller brand i en kommersiell eller offentlig verksamhet – eller i hemmet.
