Ochránia nás bleskozvody?
Ako vzniká blesk?
Bleskozvod
Dnešné moderné bleskozvody
Vnútorná ochrana
Urob si sám
Súčasti bleskozvodu
Zachytávač
Zvod
Uzemnenie
Oblohu, ktorú križujú blesky videl už asi každý z nás. Na Slovensku to v letných mesiacoch nie je žiadny výnimočný zjav. Obloha dostane čierny ráz, spustí sa prudký dážď a všetko živé okamžite zalezie do svojich príbytkov, podaktorí príslušníci staršej generácie dokonca zapália do okien sviečky a povyťahujú zo zástrčiek všetky možné elektrospotrebiče. Je to naozaj nutné?
Ako vzniká blesk?
Iskry pri česaní vlasov a blesk majú tú istú podstatu. Je to výboj elektrických nábojov, čiže dej, pri ktorom sa dva rovnako veľké nesúhlasné náboje rušia. Preskočí medzi nimi iskra a počujeme krátky praskot.
Blesky sú prirodzenou a v niektorých oblastiach sveta neoddeliteľnou súčasťou búrok. Ich vznik podmieňuje vyrovnávanie atmosférického tlaku prehriateho vzduchu v nižších teplotách a chladného vo výške niekoľkých kilometrov. Medzi pohybom teplého vzduchu nahor, elektrickým poľom medzi oblakmi a zemou a dažďovými kvapkami je priama súvislosť. Vodné kvapôčky pri výstupe pomocou vzdušných vírov a pri páde sa trením s molekulami vzduchu zelektrizujú. A to tak, že vnútro kvapky je nabité kladne a povrch záporne. Padajúce dažďové kvapky zachytáva vietor a prudkými nárazmi ich rozbíja na časti. Čiastočky dažďových kvapiek, ktoré sa odštepujú, sú nabité záporne a zvyšujúce časti kvapiek kladným nábojom. Vietor teda vykonáva značnú prácu pri oddeľovaní kladného a záporného náboja.
Aby mohol prebehnúť bleskový výboj, musí sa medzi oblakmi alebo medzi oblakom a zemou vytvoriť vodivá cesta. Vodivá cesta vzduchom sa vytvorí iba vtedy, keď je napätie také veľké, že prekoná odpor vzduchu. Zo spodnej časti oblaku, kde sa nahromadilo veľké množstvo záporného náboja, začnú zrazu smerom k zemi tiecť obrovskou rýchlosťou elektróny v úzkom kanále tvaru pramienka. Tie pri zrážkach s atómami vzduchu vyrážajú elektróny z obalu neutrálnych atómov vzduchu. Vznikajú kladné ióny a tým sa cesta stáva vodivou. Nárazmi uvoľnené elektróny smerujú tiež k zemi a štiepia ďalšie atómy vzduchu.
Rýchly let elektrónov sa podobá lavíne, ktorá začína ako gúľajúca sa malá snehová guľa. Postupne sa obaľuje ďalším snehom, neustále zväčšuje svoju rýchlosť a prechádza do obrovských rozmerov. Cez kanál blesku, ktorý je kľukatý a rozvetvený, začína pretekať stále väčšie množstvo elektrického náboja z oblaku. Elektrónová lavína prekoná vzdialenosť medzi búrkovým oblakom a najvyšším bodom na zemskom povrchu za niekoľko stotín sekundy, niekedy aj za kratší časový úsek.
Búrky podľa spôsobu vzniku rozlišujeme na viaceré typy, základné sú však tri:
- Z tepla, keď sa na určitom mieste zem zohrieva intenzívnym slnečným žiarením a zohriate vrstvy vzduchu nad povrchom zeme ľahko stúpajú hore,
- Frontálne, pri ktorých následkom postupu studeného frontu vytláča studený vzduch teplý vzduch smerom nahor,
- Orografické, pri ktorých sú spodné vrstvy teplého vzduchu následkom terénneho vyvýšenia vytláčané vetrom nahor.
V každom z týchto prípadov vznikajú búrkové zárodky v mrakoch, pretože vertikálny pohyb vzduchu je ďalej zosilnený dvomi javmi. Stúpajúci vzduch sa ochladzuje, až dosiahne teplotu nasýtenia vodných pár, vytvárajú sa kvapky a pri kondenzácii sa vzduch znovu ohreje, takže znovu začína stúpať. Ďalším ochladzovaním klesá teplota pod nulu. Mrznutie znamená nové uvoľnenie tepla a stúpanie vzduchu sa ďalej zrýchľuje až k rýchlosti okolo 100 km/hod. Úder blesku sa spravidla skladá z viacerých jednotlivých výbojov.
Počas hlavného výboja preteká zasiahnutým objektom vysoký krátkodobý rázový prúd, v ďalšom priebehu potom ďalšie samostatné výboje a medzi nimi stály prúd s hodnotou niekoľkých stoviek ampérov, čo zodpovedá zhruba prúdu pri zváraní. Ak nenájde blesk pri svojej ceste k zemi žiadne elektricky dobre vodivé spojenie so zemou, môžu sa predmety ním pretekané zahriať natoľko, že dosiahnu teplotu zapálenia a tým môže vzniknúť požiar. Mimoriadne rýchlo sa môžu vznietiť šindľové strechy, uskladnené seno alebo slama, papier, výbušné pevné, tekuté, či plynné látky.
Počas hlavného výboja preteká zasiahnutým objektom vysoký krátkodobý rázový prúd, v ďalšom priebehu potom ďalšie samostatné výboje a medzi nimi stály prúd s hodnotou niekoľkých stoviek ampérov, čo zodpovedá zhruba prúdu pri zváraní. Ak nenájde blesk pri svojej ceste k zemi žiadne elektricky dobre vodivé spojenie so zemou, môžu sa predmety ním pretekané zahriať natoľko, že dosiahnu teplotu zapálenia a tým môže vzniknúť požiar. Mimoriadne rýchlo sa môžu vznietiť šindľové strechy, uskladnené seno alebo slama, papier, výbušné pevné, tekuté, či plynné látky.
Bleskozvod
Ľudia už odpradávna snažili chrániť seba a svoje príbytky pred zničujúcimi následkami bleskov. Znie to dosť neuveriteľne, ale už pred viac ako tisíc rokmi starí Egypťania stavali dlhé kovové tyče s pozlátenými hrotmi, hoci o podstate elektrickej energie nemal nikto ani poňatia. Najpravdepodobnejšia verzia objasnenia tohto faktu je, že Egyptskí učenci vychádzali z pozorovaní správania sa blesku.
V roku 1749 Američan B. Franklin navrhol, aby sa v blízkosti chránenej budovy postavili vysoké uzemnené kovové stožiare – bleskozvody. Franklin sa nesprávne domnieval, že bleskozvod vysáva elektrinu z oblaku. Z tejto teórie vychádzal aj Čech V. P. Diviš, ďalší významný priekopník ochrany pred bleskom. V roku 1754 vztýčil v Příměticiach svoj “meteorologický stroj”. Nasledovalo obdobie jeho pozorovania. Diviš zistil, že pôsobením “meteorologického stroja” sa búrkové oblaky v okolí Přímětíc vždy rozplynuli. Divišov “bleskozvod” ako celok bol uzemneným prístrojom a dokonale zodpovedal funkcii, ktorú mu autor pripisoval. Predpokladaná funkcia sa však zásadne odlišovala od toho, čo bleskozvod v skutočnosti je. Diviš bol presvedčený, že jeho prístroj odsáva elektrický náboj z atmosféry. Tým predchádza nielen bleskovým výbojom, ale vôbec vzniku búrky. Jeho prístroj nebol ochranou vysokých objektov pred bleskovými výbojmi, ale zariadením, ktoré odsávaním elektrického náboja z atmosféry malo vytvárať pekné počasie. Z takto chápanej funkcie ”meteorologického stroja” vyplýva, prečo malo toto zariadenie taký veľký počet kovových hrotov.
Gay-Lussacov bleskozvod má niekoľko vzájomne spojených zachytávačov a niekoľko zvodov, hlavne v rohoch budovy.
Findeisenov bleskozvod nepoužíva vysoké zachytávače a všetky väčšie kovové predmety strechy spája so zvodmi. Je to dnes najviac odporúčaný spôsob ochrany pred bleskom pre obyčajné stavby.
Klietkový bleskozvod (Faradayova klietka) vytvára sieť z vodičov nad chráneným objektom.
Stožiarový bleskozvod (tiež závesný bleskozvod) je stožiar umiestnený v blízkosti chráneného objektu, ale nedotýka sa ho.
Rádioaktívny bleskozvod používa na zachytávačoch rádioaktívne soli. Tie spôsobujú ionizáciu ovzdušia a do určitej miery zvyšujú účinnosť bleskozvodu. Takýto bleskozvod ochráni pred bleskom priestor v okruhu 500 m. Na ochranu celého mesta stačí niekoľko takýchto bleskozvodov.
Dnešné moderné bleskozvody
Moderné bleskozvody sa vyznačujú účinnejšou, jednoduchšou a hospodárnejšou konštrukciou, ako mali bleskozvody staršieho typu. Umiestňujú sa podľa možností na najvyššie miesta, aby sa skrátila dráha blesku a aby sa chránil čo najväčší priestor. Bleskozvodom musia byť chránené všetky budovy, ktoré slúžia ako verejné zhromaždiská ľudí. Ďalej musia byť chránené budovy, v ktorých je uložený značný majetok, budovy stojace osamote na vyvýšených miestach a budovy historicky alebo kultúrne cenné.
Istou ochranou pred škodlivým zásahom bleskov je technicky bezchybný bleskozvod, postavený odborníkom a správne udržiavaný. Pri stavbe bleskozvodu si treba uvedomiť tieto skutočnosti :
- blesk udiera nielen do vysokých, ale aj do nízkych budov,
- úplne neplatí tzv. teória kužeľovej ochrany,
- rozvetvený výboj môže zasiahnuť viac budov naraz,
- zle skonštruovaný alebo poškodený bleskozvod je nebezpečnejší ako nijaký.
Moderný prístup zahŕňa bleskozvod do systému komplexnej ochrany osôb a zariadení nielen pred bleskom, ale aj pred prepätím a elektromagnetickým rušením. Základnou úlohou ochrany pred bleskom je popri ochrane pred priamym úderom blesku, vyrovnanie potenciálov, teda vodivé spojenie všetkých kovových stavebných častí a technologických zariadení vrátane pripojenia na spoločnú uzemňovaciu sústavu. Na vypracovanie riadneho projektu bleskozvodu a montáž je nutné poznať normy a predpisy. Najdôležitejšia je STN 34 1390. Podľa uvedenej normy sa rozlišujú:
- normálne bleskozvody: so zvodovým zariadením, vedením a zvodmi umiestnenými podľa normy;
- zosilnené bleskozvody: so zvodovým zariadením, vedením a zvodmi viac dimenzovanými ako u normálnych bleskozvodov a tieto sa inštalujú zväčša na objekty s nebezpečím požiaru alebo výbuchu a tiež na poľnohospodárske budovy. Ak chceme zvýšiť stupeň ochrany pred bleskom, teda chceme dosiahnuť kvalitnejšiu a zosilnenú ochranu pred bleskom, nič nebráni tomu, aby sa to uskutočnilo.
Môže ísť o objekty s väčším počtom zhromaždených ľudí, budovy ohrozujúce okolie (chemické závody, atómové elektrárne), budovy ohrozené z okolia (elektrárne, telekomunikačné ústredne).
Ochranný účinok bleskozvodu je daný kvalitou vyhotovenia, dôležité je stanoviť stupeň poskytovanej ochrany v závislosti na hodnote chráneného objektu alebo na ohrození osôb. Životnosť ochrany by mala byť v súlade s predpokladanou životnosťou objektu. Na životnosti sa podieľajú poveternostné podmienky: vietor, námrazy, snehové zrážky; mechanické vplyvy: pohyb osôb, zvierat, strojov; odolnosť voči korózii a atmosferické vplyvy.
Cenu bleskozvodného systému predstavujú náklady na projekt, materiál a montáž bleskozvodu. Po inštalácii sa ešte objavia náklady na údržbu. Prínosom pre výhodnú kalkuláciu môže byť použitie kvalitných a moderných súčastí. Norma STN 34 1390 stanovuje, že bleskozvodné súčasti vyrobené z ocele musia mať povrchovú úpravu žiarovým zinkovaním a to podľa normy STN 03 8558. Údržba bleskozvodu to sú akékoľvek zásahy do existujúceho bleskozvodu. Tie však majú presné a pomerne prísne pravidlá. Na uskutočnenie preventívnych prehliadok je vytvorený plán a tieto prehliadky vykonáva revízny technik, ktorý na základe zistenia skutočného stavu, určí postup opráv.
Ochranný účinok bleskozvodu je daný kvalitou vyhotovenia, dôležité je stanoviť stupeň poskytovanej ochrany v závislosti na hodnote chráneného objektu alebo na ohrození osôb. Životnosť ochrany by mala byť v súlade s predpokladanou životnosťou objektu. Na životnosti sa podieľajú poveternostné podmienky: vietor, námrazy, snehové zrážky; mechanické vplyvy: pohyb osôb, zvierat, strojov; odolnosť voči korózii a atmosferické vplyvy.
Cenu bleskozvodného systému predstavujú náklady na projekt, materiál a montáž bleskozvodu. Po inštalácii sa ešte objavia náklady na údržbu. Prínosom pre výhodnú kalkuláciu môže byť použitie kvalitných a moderných súčastí. Norma STN 34 1390 stanovuje, že bleskozvodné súčasti vyrobené z ocele musia mať povrchovú úpravu žiarovým zinkovaním a to podľa normy STN 03 8558. Údržba bleskozvodu to sú akékoľvek zásahy do existujúceho bleskozvodu. Tie však majú presné a pomerne prísne pravidlá. Na uskutočnenie preventívnych prehliadok je vytvorený plán a tieto prehliadky vykonáva revízny technik, ktorý na základe zistenia skutočného stavu, určí postup opráv.
Vnútorná ochrana
Na ochranu vnútorných častí budovy ako aj jej obyvateľov slúži takzvaná vnútorná ochrana objektu. Bez nej je bleskozvod iba polovičným chrániacim faktorom. Umožní vám podstatným spôsobom znížiť riziko škôd vo vnútri budovy a významne prispieť k ochrane osôb a zariadení v interiéri budovy. Jej hlavnú funkciu tvorí dosiahnutie vyrovnania potenciálov medzi jednotlivými kovovými konštrukciami a vodičmi vo vnútri chráneného objektu a zneškodnenie napäťových rozdielov na vodičoch v prípade výskytu prepätia prevyšujúceho prevádzkové napätie. Polovičná ochrana pred bleskom, teda chrániť budovu iba po vonkajšom obvode nie je určite dostačujúca.
Urob si sám
Ako už boko spomenuté, úlohou vnútornej ochrany je vyrovnanie potenciálov vo vnútri budovy. Dosiahneme to vytvorením ekvipotenciálnej prípojnice, na ktorú cez zvodiče prúdu a zvodiče prepätia pripojíme všetky metalické vedenia vstupujúce do budovy. Postupným zvedením bleskového prúdu a prepätia na túto prípojnicu zabezpečíme, že bleskový prúd nevnikne do zariadenia a ani na svorky zariadenia sa nedostane prepäťová špička, ktorá ho môže zničiť. Keď hovoríme postupne, znamená to, že na všetky vedenia hneď na vstupe do budovy nainštalujeme zariadenia, ktoré nazývame zvodiče bleskového prúdu triedy B. Sú to zariadenia, schopné bez poškodenia zvádzať rázovú vlnu bleskového prúdu (tvaru 10/350), pričom zvádzaný prúd môže dosahovať hodnotu až 100kA. Tak vytvoríme v celom objekte ZBO 1 (Zóna bleskovej ochrany). Do budovy sa nám teda už nedostane nebezpečný bleskový prúd. Ale čo s naindukovaným prepätím? Na zneškodnenie prepäťovej vlny, ktorá vznikne na vedení naindukovaním, nainštalujeme zvodiče prepätia triedy C a D a vytvoríme v objekte ZBO 2. Takýmto spôsobom sú účinne chránené aj veľké priemyselné objekty vrátane strategických, ako sú rafinérie ropy a atómové elektrárne. Svetovo uznávané v tomto odbore sú ochrany firmy DEHN+SÖHNE, ktorá aktívne vyvíja a vyrába len zariadenia na ochranu pred bleskovým prúdom a prepätím už viac ako 80 rokov. Ako prvá na svete vyvinula aj kombinované zariadenie, ktoré vysoko účinne ochráni celú elektroinštaláciu NN v rodinnom dome pred vniknutím bleskového prúdu a prepätím.
Súčasti bleskozvodu
Každé bleskozvodové zariadenie pozostáva z troch hlavných častí:
- zachytávač bleskov
- zvod
- uzemnenie
Zachytávač
Je to časť bleskozvodového zariadenia, ktorá zachytáva blesk. Zachytávačom môže byť železná tyč, rúrka alebo hocijaká iná kovová konštrukcia, ktorá prevyšuje okolie, alebo vyčnieva nad strechou alebo budovou. Zachytávače sa upevňujú podľa druhu a tvaru strechy. Čím väčšia je vzdialenosť upevňovacích bodov, tým je upevnenie istejšie. Čím je zachytávač (tyč, rúrka) dlhší, tým musí byť aj jeho upevnenie stabilnejšie, čiže vzdialenosť upevňovacích bodov musí byť väčšia.
Zvod
Vedie sa od päty zachytávača po streche a pripevňuje sa na podpery, ktorých konštrukcia sa prispôsobuje krytine. Vodiče zvodu sa umiestňujú najmenej 10 až 30 cm od steny, podľa možností na všetkých stranách budovy vo vzdialenosti asi 15 až 20 m od seba. Aby sme blesku pripravili cestu najmenším odporom, treba zvody viesť nielen najkratšou cestou, ale treba sa vyvarovať akýchkoľvek ostrých záhybov. Pri ostrých záhyboch a oblúkoch s malým polomerom sa blesk stretáva s veľkým odporom a môže z vedenia ľahko preskočiť na budovu. Prechody od zachytávačov po streche a prechod zo strechy na múr a z neho k uzemneniu treba robiť s čo najväčším polomerom zakrivenia.
K zvodom sa pripája aj odkvapová rúra a plechové obloženie rímsy a iných architektonických ozdôb. Ale nie je správne, keď sa odkvapová rúra používa ako jediný zvod, lebo býva často poškodená, a tak netvorí súvislý vodič. Treba ju však na zvod pripojiť.
Uzemnenie
Donedávna sa všeobecne ako uzemňovače používali uzemňovacie platne, ale dnes sa od nich už upúšťa. V súčasnosti sa používajú v prvom rade pásové alebo drôtové uzemňovače alebo tiež uzemňovacie tyče.
Bezpečnosť bleskozvodového zariadenia závisí predovšetkým od uzemňovacieho zariadenia, a to najmä od odporu uzemňovacej elektródy. Odpor medzi uzemňovacou elektródou a zemou, do ktorej je elektróda uložená, má byť čo najmenší. Uzemňovacím zariadením (uzemňovačom) sú všetky vodivé predmety (drôty, dosky, siete, tyče a pod.), ktoré sú v priamom styku s pôdou a slúžia na zvedenie náboja blesku do zeme. Pri správnom uzemnení má rozhodujúci význam odpor pôdy okolo uzemňovača. Na uzemnenie sú najvhodnejšie ílovité pôdy a najmenej vyhovuje piesok alebo skala.
Bezpečnosť bleskozvodového zariadenia závisí predovšetkým od uzemňovacieho zariadenia, a to najmä od odporu uzemňovacej elektródy. Odpor medzi uzemňovacou elektródou a zemou, do ktorej je elektróda uložená, má byť čo najmenší. Uzemňovacím zariadením (uzemňovačom) sú všetky vodivé predmety (drôty, dosky, siete, tyče a pod.), ktoré sú v priamom styku s pôdou a slúžia na zvedenie náboja blesku do zeme. Pri správnom uzemnení má rozhodujúci význam odpor pôdy okolo uzemňovača. Na uzemnenie sú najvhodnejšie ílovité pôdy a najmenej vyhovuje piesok alebo skala.