Podjetja in proizvodi

Janez Podlipnik, univ.dipl.inž.el., HERMI, d.o.o.

Večkrat je mogoče slišati mnenja, da strelovodna instalacija npr. na zvoniku cerkve ščiti pred udarom strele vsaj še pol vasi. Prav tako je pogosta miselnost, da smo varni pred udarom strele, saj ima sosed na svoji hiši nameščen strelovod.

Strelovodne instalacije so poznane od leta 1752, ko je Benjamin Franklin dokazal, da je strela električni pojav in da lahko kovinski vodniki na objektu, oz kovinske lovilne palice t.i. Franklinove palice, zaščitijo objekt pred udarom strele. Ob tem spoznanju pa se takoj pojavi vprašanje, kolikšno je dejansko zaščiteno področje, ki ga nudi takšna lovilna palica. Ta podatek pa je bistvenega pomena za vse načrtovalce strelovodnih instalacij.

Lovilna palica po spoznanjih iz 18 stoletja, je zaščiteno področje lovilne palice v obliki stožca okrog palice. Velikost oz. premer osnovne ploskve stožca pa se je skozi leta razlikoval. Leta 1892 je Sir Oliver Lodge izdal pregled različnih konceptov zaščitnih področij, ki so bila poznana do izdaje knjige. Med različnimi koncepti so bile velike razlike, zaščitni koti pa so bili od 90°do 30°. Zaščitni koti so se ohranili vse do danes.

Slika 1: ščiteno področje lovilne palice

V letu 1976 je bil izdelan elektrogeometrični model udara strele, s pomočjo katerega je mogoče natančneje določiti ščiteno področje.

Koncept preskočne razdalje je bistven za elektrogeometrični model, oz. za predstavo zaščitenega področja strelovodne instalacije. Zaradi naelektritve nevihtnega oblaka nastane električno polje, ki lahko doseže tudi vrednosti večje od 100kV/m. Zaradi tega polja lahko dežne kapljice, katere imajo boljšo prevodnost povzročijo vodilno iskro. Ta iskra išče svojo pot proti zemlji naključno in nekontrolirano. Hitrost nastajanja takšne iskre je približno tisočinko svetlobne hitrosti oz. 300km/s. Ko je takšna iskra na višini nekaj 10m oz. 100m, se na konicah dreves ali objektov na zemlji poveča električno polje. Ko vrednost električnega polja preseže prebojno trdnost zraka, se iz mesta udara strele na zemlji protiiskra združi z vodilno iskro iz oblaka ter tako tvori prevodni kanal. Razdalja, na kateri se prične električno polje na zemlji dvigovati, je odvisna od naboja na oblaku, oz. od toka strele, ki steče med oblakom in tlemi ob udaru strele in se imenuje končna preskočna razdalja.

Končno preskočno razdaljo, na kateri se združita vodilna iskra iz oblaka in protiiskra iz tal, je mogoče izračunati po enačbi (Lowe):

D=10I^0,65                                                                                           [1]

I – maksimalni tok strele

V skladu s slovenskim standardom o zaščiti objektov pred delovanjem strele EN 62305 se objekte razdeli glede na vrsto, namembnost, velikost, lokacijo in še mnogo drugih dejavnikov na štiri zaščitne nivoje.

V skladu s temi zaščitnimi nivoji so določene minimalne vrednosti amplitude toka strele, s pomočjo katerih je mogoče izračunati končne preskočne razdalje za določene zaščitne nivoje.

Tabela 1: Vrednosti tokov strele in prebojnih razdalj za posamezne zaščitne nivoje

V standardu EN 62305 je za načrtovanje strelovodnih instalacij opisana metoda kotaleče krogle. Princip metode je ta, da kroglo s polmerom R, ki je enak končni preskočni razdalji D, kotalimo po objektu,  katerega želimo zaščititi s strelovodno instalacijo.  Na mestih, kjer se krogla dotakne objekta je možen udar strele. V kolikor na ta mesta namestimo strelovodno instalacijo, je objekt ustrezno zaščiten. Takšna mesta so običajno slemena streh ter robovi objekta.

Kakšno zaščito nudi strelovod instaliran na objektu?

V nadaljevanju je prikazanih nekaj primerov zaščitenega področja, ki ga nudijo strelovodne instalacije na posameznih objektih.

Primer zaščitenega področja na cerkvi dimenzij:
velikost ladje 15m x 30m, višina do slemena na ladji 25m,
velikost zvonika 6m x 6m, višina zvonika 40m.
V mnogo primerih je edini lovilec na cerkvi le križ, ladja pa s strelovodom ni zaščitena.

Zaščitni kot 45°                             Zaščiteno področje v skladu s EN 62305,

                                                      III zaščitni nivo (Polmer krogle R=45m)

Slika 2                                                       Slika 3

Iz slike 2 je razvidno da v primeru zaščitnega kota 45° ostane del ladje nezaščiten(na sliki izven šrafiranega področja). Na sliki 3 je prikazano zaščiteno področje (področje znotraj zeleno šrafiranega področja) po metodi kotaleče krogle v skladu s standardom EN 62305 za izbran III zaščitni nivo.Simulacija je izvedena s programom ŠČIT. Tudi na tej sliki je razvidno, da strelovod na zvoniku ne zaščiti ladje cerkve.

Primer zaščitenega področja na stanovanjski hiši velikosti 10m x 13m, višine objekta do slemena 9m, naklon strehe pa je 35°

Zaščitni kot 45°                                Zaščiteno področje v skladu s EN 62305,

                                                         III zaščitni nivo (Polmer krogle R=45m)

Slika 4                                                               Slika 5

Iz slike 4 in slike 5 je razvidno, da se celoten objekt nahaja znotraj ščitenega področja, ki ga nudi strelovodna instalacija.

Primer zaščitenega področja na dveh enakih stanovanjskih hišah enakih velikosti kot v prejšnjem primeru. Leva hiša ima nameščeno strelovodno instalacijo, desna hiša strelovodne instalacije nima. Hiši sta medsebojno oddaljeni 15m.

Zaščitni kot 45°                               Zaščiteno področje v skladu s EN 62305,

                                                        III zaščitni nivo (Polmer krogle R=45m)

Slika 6                                                                  Slika 7

Na sliki 6 in sliki 7 vidimo, da je dejansko pred udarom strele zaščitena le hiša z nameščeno strelovodno instalacijo, medtem ko je desna hiša nezaščitena.

Slika 8, slika 9: primer nameščene strelovodne instalacije na strehi objekta

Iz podanih primerov je razvidno, da strelovodna instalacija na zvoniku cerkve v marsikaterem primeru ne zaščiti niti ladje cerkve, kaj šele celotno vas, enako velja v primeru sosednjih hiš, od katerih ima strelovodno instalacijo le ena.  

Viri:

1. EN 62305-1: Protection against lightning - Part 1: General Principles
2. EN 62305-2: Protection against lightning - Part 2: Risk management
3. EN 62305-3: Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard
4. Study of the lightning protection zone of the Franklin rod; Yang Song
5. The Basis of Conventional Lightning Protection Technology; A review of the scientific development of conventional lightning protection technologies and standards; Report of the Federal Interagency Lightning Protectoin User Group; June 2001
6. Projektiranje zunanje strelovodne zaščite; diplomsko delo; Janez Podlipnik; April 2002
7. Zunanja in notranja zaščita pred prenapetostmi; Boris Žitnik, dipl.inž.