SK4WV
Västerdalarnas Amatörradioklubb VARK


Åskskydd
av SM4EFE


Ur klubbtidningen VARK 98

De flesta av oss har väl någon gång råkat ut för skador som orsakats av åskurladdningar. Att kontrollera åskans verkningar fullt ut är svårt men de allra flesta problem kan man undvika genom att installera lämplig skyddsutrustning.

Först lite allmänna synpunkter och principer. Därefter kommer mer detaljerade beskrivningar hur man skyddar olika objekt. Lämpligt är att läsa hela artikeln, även om det är bara en del som är av intresse för tillfället, för att öka förståelsen av ämnet.

Ordförklaringar

Transient. Kortvarig, brant spänningsstegring (överspänning) i en elektrisk krets. Längsspänning. Överspänning som uppträder på en eller flera ledare i en ledning i förhållande till jord. Tvärspänning. Överspänning som uppträder mellan olika ledare i en ledning eller strömkrets. Potentialskillnad. Spänningsskillnad mellan olika system.

Klassindelning

När man talar om åskskydd är det lämpligt att indela uppkomna överspänningar i två kategorier, direktträffar resp inducerade överspänningar. Vid installation av skydd dimensioneras det olika beroende på om det ska klara en direktträff eller om det bara ska ta hand om inducerade överspänningar.

Direktträffar

har en mycket snabb stigtid och man måste hantera hela blixtströmmen i skyddsutrustningen. 95% av alla blixtnedslag har en ström lägre än 100000 A men ända upp till 500 kA kan förekomma. Tack och lov är det sällsynt att man råkar ut för en direktträff varför endast vissa utsatta objekt brukar skyddas mot detta.

Minsta ledararea som rekommenderas för att leda blixtström är 16 mm² koppar resp 25 mm² stål.

Om det finns flera urladdningsvägar, t ex en antennmast med staglinor och kablar, fördelar strömmen sig ungefär likvärdigt på dessa, oavsett resistans, under de första mikrosekunderna när strömmen stiger mot sitt maxvärde. Sedan när strömmen börjar avta fördelas den så att det går mer ström i de vägar som har lägre resistans.

Inducerade överspänningar

har inte lika snabb stigtid och den ström som uppstår vid avledning är heller inte alls lika våldsam som vid direktträff. Dock är dessa inducerade överspänningar det mest frekventa problemet eftersom de uppstår i samband med varje blixt i omgivningen. Inducerade överspänningar är som namnet anger överförda genom induktion. Det behövs alltså ingen kontakt med blixten.

Skadeverkan

Den lindrigaste formen av skada är väl när elektronisk eller elektrisk utrustning skadas. I det fallet är det oftast inducerade överspänningar som är orsaken. Värre är det när en ljusbåge slår igenom brännbart material och antänder detsamma. Detta kan ske både vid inducerade överspänningar och direktträffar. Eller när för hög ström går i en för klen ledare. I det fallet kan enorm sprängverkan uppstå samt glödande rester av ledaren spruta omkring. Vi talar då normalt om direktträffar.

Isolationsskydd

Vid inducerade överspänningar kan skyddet ibland bestå av tillräckligt stort isolationsavstånd mellan det uppladdade objektet och jord eller jordade föremål.

Isolationsskydd kan även användas vid direktträffar men inte som enda skydd utan då i kombination med jordning.

Jordning

När isolationsskydd inte är en pålitlig metod används jordning. Man ansluter objektet som ska skyddas till jord, antingen direkt eller via överspänningsskydd.

Viktigt vid jordning är att alla jordade föremål (och övriga) som kan utgöra urladdningsväg binds samman (s k samjordning), att tillräcklig ledararea används i utjämningsledarna (jordledarna) samt att dessa görs så korta som möjligt.

Exempelvis kan ett föremål som jordats via ett jordspett lyftas till en mycket hög spänning vid en direktträff. Detta p g a att någon verkligt "stum" jord inte finns. Är jordresistansen t ex 10 ohm, vilket är ett lågt värde, blir det enl ohms lag ändå 1 MegaVolt med 100 kA blixtström. Elnätets jordledare som kan vara jordad hundratals meter bort kanske inte alls lyfts och då uppstår stor potentialskillnad mellan jordspettet och elnätet, med risk för överslag. Lösningen är samjordning så att alla aktuella jordpunkter får göra en gemensam "sällskapsresa" upp i spänning när blixten laddar ur.

Det är vanligt att elnätets jordledare används för att avleda överspänning. Mellan vägguttag och central utgörs den av separat grön/gul ledare som benämns skyddsjordsledare. Den har normalt en area (1,5 mm²) som endast räcker för att avleda inducerade överspänningar. Från central och ut mot nätet, där jord och nolledare utgörs av samma tråd, benämns den PEN-ledare (Protection Earth Neutral). Om denna håller 10 mm² eller mer kan den användas för att avleda en direktträff.

Viktigt att tänka på när man avleder en överspänning genom jordning eller samjordning till elnätets skyddsjord- eller PEN-ledare är att det ofta behövs överspänningsskydd vid inkopplingspunkten i elsystemet för att inte tvärspänning ska uppstå mellan jord och fasledare i elsystemet. Likaså är det nödvändigt att installera längsspänningsskydd för telelinjen när direktträff avleds genom elsystemet.


Liten vägledning om skydd för ett antal vanliga objekt

El

Är det minst 150 m jordkabel in till huset anses det inte behövas något överspänningsskydd på inkommande el. Är det däremot luftledning finns det anledning att fundera på skyddsåtgärder.

Det vanligast förekommande skyddet är isolationsskydd. Man går helt enkelt och drar ur alla kontakter eller bryter strömmen med huvudbrytaren när det åskar. Detta är jobbigt att sköta och kontakturdragningsmetoden medför ändå att det finns risk att elinstallationen kan skadas.

Bäst är om fast åskskydd för alla faser monteras vid mätartavla eller central. Då skyddas alla anslutna förbrukare samt även installationen. Priset för ett 3-fasskydd är ca tusenlappen plus installation.

Förutom fast skydd finns även plug-in skydd. De sättes i uttaget vid den apparat som ska skyddas men endast utrustning ansluten till detta uttag blir då skyddad. De klarar inte allt för starka transienter men normalt räcker de till. Priset är runt 100kr.

Tele

Normalt när det gäller teleledningar är att överspänningarna som förekommer är inducerade. De kan dessutom uppträda ganska långt bort från själva blixturladdningen eftersom telenätet utgör en mycket stor uppfångningsantenn. De områden där ledningsnätet är nedgrävt i marken kan anses problemfria förutom om blixten slår ner alldeles i närheten.

Den gamla sortens telefoner med fingerskiva är ganska tåliga mot tvärspänning mellan ledarna men de går naturligtvis också sönder när det blir för starkt. Dagens moderna knapptelefoner tål nästan ingenting om de inte är försedda med skydd. En del telefoner har inbyggt skydd och andra har det inte.

Största problemet i dag är de apparater som är anslutna till både el- och telenätet, t ex telefonsvarare, trådlösa telefoner, faxar, datamodem m m. Förutom tvärspänning mellan ledarna så förkommer stor längsspänning i förhållande till jord. Det lämpligaste stället att ladda ur denna blir då via nätsladden till elnätet, med skador som följd. Isolationsskyddet mellan el- och teleanslutningarna på dessa apparater är bara någon eller några kilovolt och den spänningen induceras lätt i ett luftledningsnät.

Skydd till telenätet kan vara fast monterat eller av plug-in typ. Fast monterat skydd är vanligast i kombination med större installation där åskledare, skydd för el m m installerats. Är man bara intresserad av skydd för teleutrustningen fungerar ett plug-in skydd gott.

Skydd av plug-in typ finns att köpa i vissa affärer och postorderfirmor. Det enklaste utförandet är en mellanpropp som sätts i telejacket och innehåller tvärspänningsskydd men ej längsspänningsskydd. Det utförandet skyddar vanliga telefoner men är helt värdelöst som skydd för apparater anslutna till både tele och el.

Det andra utförandet innehåller skydd för både el- och teleanslutningen. Elskyddet tar hand om tvärspänningar i elsystemet, både genererade i elnätet och genererade p g a avledningen från teleskyddet. Teleskyddet skyddar mot både längs- och tvärspänningar. Skyddet finns i två varianter. På den ena varianten sitter telejacket på samma dosa som eluttaget. Den är bäst eftersom el och teleskydden sitter nära varandra. Priset är från 400 kr. På den andra varianten utförs teleanslutningen via en mellanpropp. Den är inte fullt lika bra eftersom det sitter en 2 m lång (spiral)sladd mellan el- och teleskydden. Därvid kan det uppstå viss potentialskillnad mellan el och tele vid kraftiga transienter. Priset för den är ca 250 kr.

Fast monterat skydd kan antingen vara monterat i separat dosa, med utjämningsledare dragen till elcentralen, eller monterat direkt på DIN-skena i elcentralen. I det första fallet bör inkommande teleledning, med skyddet, dras så nära elcentralen som möjligt för att få utjämningsledaren så kort som möjligt. Utjämningsledaren skall vid sådan installation hålla minst 4 mm² enligt norm. Vid montering i elcentralen måste inkommande teleledning dras via elcentralen. Denna variant är den bästa ur skyddssynpunkt. Ett DIN-skenemonterat skydd kostar från ca 300 kr.

TV

Bor du i hyreshus med centralantennsystem skall detta förhoppningsvis vara skyddat så att du som hyresgäst inte behöver vidta några åtgärder. Har du däremot egen TV-antenn bör du vidta någon form av åtgärd för att inte TV'n ska skadas. Om antennen får överspänning strävar denna att urladdas via antennkabeln, genom TV'n och nätsladden till elnätet. Enklaste sättet att bryta denna kedja är att koppla ur antingen antennsladden, nätsladden eller båda och förlita sig på att isolationsskyddet räcker. Oftast består antennkabeln av koax och antennerna är så utformade att det sällan blir någon tvärspänning mellan mittledare och skärm utan det är längsspänning i förhållande till jord som är problemet. Därför kan det gå lika bra fast kabeln sitter kvar i TV'n. Huvudsaken att kedjan mot jord bryts.

Det finns även plug-in skydd för TV. Det består av en dosa som sättes i vägguttaget där nätsladden pluggas i och från dosan går en sladd till en kontakt som sättes mellan TV'n och antennkabeln. Dosan innehåller skydd både för elsidan och antennkabeln. Priset är strax under 200 kr. Naturligtvis håller inte detta skydd för ett direktnedslag i TV-antennen men inducerade överspänningar tar det hand om.

Vill man skydda TV-antennen för direktnedslag rekommenderas en större installation som beskrivs under avsnittet hus.

Antenner

Amatörradioantenner kan vara av de mest skiftande modeller. Man får försöka avgöra om det finns risk för direktträff. T ex om de sticker upp markant ovanför omgivningen eller om man bor på en öppen slätt med få andra föremål som kan vara av intresse för blixten.

Trådantenner för KV brukar ofta inte komma så högt upp att de utgör någon större risk för direktträff. Däremot är de ganska bra uppfångare av inducerade överspänningar. Låter man antennkabeln sitta kvar i riggen som i sin tur sitter i nätaggregatet som sedan sitter i vägguttaget finns en klar väg att ladda ur denna överspänning. Räkna med skador om inte kedjan bryts eller leds förbi.

En variant som används av många är att helt enkelt kasta ut kablarna när det åskar. Om kabeln hamnar bortåt meter från huset finns tillräckligt isolationsavstånd i förhållande till jordade föremål i huset. Om kontakten dessutom ligger på marken kan urladdning ske direkt till jord.

Skruvar man loss kablarna från utrustningen men låter dem vara kvar inne på bordet eller golvet och förlitar till isolationsskyddet fungerar detta tills längsspänningen blir så stor att överslag sker till jordat föremål. Om detta sker blir det en ljusbåge som kan medföra antändning eller skador på isolation i elsystemet m m.

Betydligt säkrare är det om man kan ordna en förbindning till jord för att avleda längsspänningen. Man kan t ex med hjälp av en slangklämma sätta fast en kort jordtråd på varje kabelkontakt som går till en gemensam punkt och vidare via gemensam utjämningsledare till jord. Man kan också låta alla kablarna komma in till en box, jordskena eller liknande som sedan ansluts via utjämningsledare till jord. Jord i sin tur kan t ex vara ett jordspett, jordlina, värmeelement, nätaggregatets hölje (nätsladden måste i så fall sitta i uttaget), elcentralen m m.

Vissa antenntyper är DC-jordade och andra inte. Skillnaden ligger i om det blir tvärspänning mellan ledarna i kabeln eller inte vid en åskurladdning. Med t ex en KV-dipol som är direktansluten till en kabel finns risk för hög tvärspänning. Är samma antenn försedd med en balun kortsluts kabeln genom balunen och ingen tvärspänning uppstår. Tvärspänning är inte hälsosamt för den radio som är ansluten. Både mottagaringång och sädare kan skadas. Om kabeländen lämnas öppen kommer ev tvärspänning att laddas ur genom en gnista som i olyckligt fall kan medföra antändning av brännbart material.

Om antennen på ett eller annat sätt inte är DC-jordad finns skydd att köpa för detta ändamål. Oftast innehåller de ett gnistgap där det blir överslag om spänningen blir för hög. De kan vara gjorda som ett PL skarvdon med en jordanslutning på mitten, som en box med kontakter för in och ut samt jordanslutning eller som en koaxialomkopplare där höljet kan jordas. Man kan dessutom ställa omkopplaren i ett läge där alla ingångar blir jordade. Gnistgapet tar alltså hand om tvärspänningar och via jordanslutningen avleds längsspänningar.

När det gäller VHF-antenner är det lite olika om dessa är DC-jordade eller inte. Förutom ovan uppräknade skydd kan man ansluta en kortsluten koaxstub parallellt över radions ingång. Enklaste sättet att koppla in denna är via en T-koppling. Använd gärna T-koppling med gänganslutning för att minska ev kontaktresistans samt använd minst lika grov kabel i stuben som i antennkabeln. Stuben skall alltså vara kortsluten i änden och då ska den vara 1/4 vågl eller udda multiplar därav. Har man t ex en duobandsantenn för 2 m och 70 cm gör man lämpligen stuben 34 cm (1/4 vågl på 2 m och 3/4 vågl på 70 cm). Då kommer den att fungera som ett utmärkt skydd för tvärspänningar mellan mittledare och skärm och samtidigt släppa igenom radiosignalerna på de aktuella banden utan påverkan.

Vi går tillbaka till resonemanget om jordning av kablarnas ytterhölje för skydd mot längsspänningar. I fallet med anslutning till nätaggregatets hölje blir det helt enkelt en förbikoppling av radion och nätaggregatets inre. Förbindningen ska göras så kort som möjligt och med rejäl ledararea. Eftersom det hela mynnar ut i en skyddsjordstråd som håller 0,75-1,5 mm² håller det hela inte för några direkträffar men inducerade överspänningar tas om hand. Helst bör detta arrangemang kompletteras med ett skydd mot tvärspänning på elsystemet. De plug-in skydd som finns skyddar mot tvärspänningar genererade i elnätet men tyvärr inte i omvänd riktning p g a att skydd endast är monterat mellan fas- och nolledare. För att lösa detta rekommenderas det utförande som beskrivs i avsnittet om packetnoder och BBS'er.

Vid anslutning till värmeelement bör man ta reda på hur detta har förbindelse med övrig jord. I mitt fall har värme- och vattensystemet ingen egen kontakt med jord eftersom inkommande vattenledning är av plast. Enda kontakten med jord är via tre olika skyddsjordsledare (hydroforpump, cirkulationspump och elpatron) till elnätet. Visserligen blir det 5,5 mm² tillsammans men att leda en direktträff den vägen är inte hälsosamt. Vid användning av värmeelement som enda jordpunkt bör ovannämnda "kedja" brytas eftersom det sannolikt blir potentialskillnad mellan värmesystemet och elnätet vid en åsktransient.

Anslutning direkt till elcentralen kan också ske. Inkommande PEN-ledare håller oftast 10 mm² och då börjar arean bli sådan att även direktträffar kan vara hanterbara. Utjämningsledaren (fram till centralen) bör i så fall hålla minst samma area. Om utjämningledaren inte är kort kan det uppstå viss potentialskillnad mellan antennkablarna och eluttaget varför det är säkrast att bryta "kedjan" även här. Överspänningsskydd för alla faser bör också monteras i elcentralen. Även skydd för telelinjen behövs om det är direktträffar som ska avledas.

Vid anslutning enbart till jordspett/jordlina kommer det att bli en potentialskillnad mellan jordspettet och el/värmeledningar som vid kraftig transient kan tänkas medföra överslag om man drar antennkablarna för nära dessa ledningar.

Lösningen på detta är samjordning. Då har vi kommit till den bästa lösningen nämligen en kombination av alternativen. Alltså att jordspettet binds samman med elsystemet, kanske både via skyddsjord i vägguttaget och via utjämningsledare till centralen. Kanske även värmesystemet ansluts. Som tidigare påpekats bör även överspänningsskydd monteras i elsystemet i den punkt där samjordning skett.

Sammanfattning av antennproblematiken.

Gör ingenting - Räkna med skador. Enklaste lösningen - Skruva ur kablarna. Räkna med överslag vid starka transienter. Bättre lösning - Kasta ut kablarna. Bästa och bekvämaste lösning - Ordna jordning vilken dimensioneras efter behov.

Master

Åskskydd för master dimensioneras för att klara direktträffar. Utan skydd finns det risk att fundamentet kan sprängas vid en direktträff. Det finns lite olika normer för hur jordlinenätet ska vara utfört men principen är följande:

Runt mastfundamentet grävs en ringledare ned. Mastens samtliga ben ansluts till denna. Från ringledaren går sedan en eller flera jordlinor ut som också kan ha avgreningar för att öka avledningsytan och minska jordmotståndet. Finns det staglinor ansluts separata jordlinor till dessa.

För att inte skador ska uppstå på de apparater som är anslutna till antennkablarna, samt den byggnad som betjänar masten, bör följande utföras så långt det är möjligt:

Från ringledaren dras en jordlina in till byggnaden där den ansluts till en intagsplåt eller skena som fungerar som samjordningspunkt. Till denna plåt/skena ansluts alla kabelskärmar samt inkommande PEN-ledare. Överspänningsskydd för elsystemet monteras också i denna punkt. Antennkablar, inkommande elledning, manöverkablar, teleledning m m dras alltså så att de går in i byggnaden på samma ställe till denna intags-plåt/skena där de förses med lämpligt skydd. På detta sätt sker all jordning i en punkt vilket innebär att ingen potentialskillnad uppstår mellan något av systemen inne i byggnaden.

Ovanstående är den optimala lösningen. Ofta kan detta vara svårt att åstadkomma fullt ut men i möjligaste mån bör det uföras på detta sätt. Bedömning måste göras från fall till fall för att se vad som skall göras. T ex när en mast sätts upp vid ett hus med befintliga, men för ändamålet kanske olämpliga, ledningsdragningar.

Vid en direktträff uppstår hög ström i alla kablar och trådar som är anslutna till masten om dessa inte dras så att isolationsskydd kan användas. Isolationsskydd i ett sådant fall består av minst en meters avstånd till jordat föremål.

Hus

När man monterar åskledare på hus skall detta ske symmetriskt. Det bör alltså finnas minst två nedledare från nocklinan vilka dras på var sin sida eller helst diagonalt över huset. Ännu hellre ska det vara fyra nedledare, en i varje hörn. Till nocklinan ansluts TV-antenner, metallskorstenar eller vad det nu kan finnas som ev sticker upp ovanför nocken. Trådarean som rekommenderas är minst 16 mm² koppar.

Runt grunden grävs sedan en ringledare ned på minst 0,5 m djup. Nedledarna från taket ansluts till ringledaren. Till ringledaren ansluts sedan ett eller flera långa jordspett (som slås ned en bit utanför grunden där jorden är fuktig), eller en eller flera jordlinor med ev förgreningar, eller både jordspett och jordlinor.

För att det inte ska bli överslag mellan detta åskledarsystem och i första hand elsystemet måste samjordning ske med elsystemets PEN-ledare. Överspänningsskydd måste även monteras på elsystemet för att förhindra tvärspänningar i detta. För att inte riskera överslag till vatten och värmesystem sker samjordning även med dessa. Även teleledning förses med överspänningsskydd. Idealiskt är om alla inkommande ledningar kan tas in vid en gemensam punkt där de förses med överspänningsskydd.

Ett rätt utfört skydd för ett hus är svårt att beskriva i detalj p g a att bedömning måste göras från fall till fall, t ex var utjämningsledare ska anslutas och dras, hur det ska utföras när alla ledningar inte kommer in på samma ställe o s v.

Packetnoder och BBS'er

är utrustningar som står på hela tiden. Till dessa kan man inte använda isolationsskydd utan de måste förses med skydd som fungerar under drift. Här är ett förslag på skydd som kopplas in mellan jordat vägguttag och aktuell utrustning och som fungerar för inducerade överspänningar men inte för direktträffar.

En metallbox förses med:

1. Jordad sladd in med stickpropp. Skyddsjord ansluts till boxen. 2. Jordad sladd ut med uttag. Skyddsjord ansluts till boxen. 3. Två säkringshållare med säkringar i fas- resp nolledare. Använd snabba säkringar med så låg stömstyrka som möjligt. 4. Varistorer (överspänningsskydd) V250K20 på förbrukarsidan om säkringarna. En från fas till jord och en från nollan till jord. En kan också monteras mellan fas och nolla. Vill man undvika att varistorerna börjar dra ström och uppvärms p g a åldring monterar man en Comgap CG2 350L i serie med varje varistor. 5. Jordskruv där utjämningsledare från antennen kan anslutas.

På antennkabeln monteras en kortsluten stub via en T-koppling för att ta hand om ev tvärspänning mellan mittledare och skärm. Antennkabelns skärm ansluts till boxens jordskruv med en kort 6-16 mm² ledare. På detta sätt blir radio, modem, ev dator, och nätaggregat parallellkopplade av den korta ledaren och längsspänningar i antennkabeln leds förbi utrusningen till elsystemets skyddsjord. Varistorerna fungerar som skydd för tvärspänningar i elsystemet både genererade i elnätet och genererade p g a avledningen.

Sammanfattning

Som synes är detta ett mycket komplext område. Det är omöjligt att i detalj redogöra för alla tänkbara situationer. Bedömning får göras från fall till fall vilka åtgärder som ska vidtas. Målsättningen med denna artikel har inte varit att presentera fördiga lösningar för alla situationer utan att ge förståelse för problemet och kanske så ett frö så att även du tar dig en funderare över vad som kan göras och därmed slipper fler obehagligheter p g a åskans verkningar.

73/Henrik


Tillbaka