NASTANEK IN RAZVOJ RAZELEKTRITVENEGA PROCESA TER …½itnik_Zaščita pred udarom strele.pdf · Pri...

Nastanek in razvoj razelektritvenega procesa ter vpliv na ščiteni prostor

1

NASTANEK IN RAZVOJ RAZELEKTRITVENEGA PROCESA TER VPLIV NA ŠČITENI PROSTOR

1. Uvod

Atmosferske praznitve oz. strele so nepredvidljiv, mogočen, velikokrat tudi strašljiv pojav narave. Obvladovanje tega pojava se zdi skoraj nemogoče, pa vendar s primernim pristopom lahko v dobršni meri obvladamo še tako mogočen in v strahu spoštovan pojav kot je strela. Dobro poznavanje nastanka in razvoja razelektritvenega procesa je pri tem ključnega pomena.

2. Razelektritveni proces

2.1. Nastanek razelektritvenega procesa oz. separacija naboja

Celoten cikel nastanka strele se začne s separacijo nabojev v nevihtnem oblaku. Kako pride do separacije naboja v oblaku obstaja nekaj precej kompleksnih teorij, ki skušajo razjasniti zagonetko, vendar njihova kompleksnost presega meje tega referata. Če poenostavimo in se izognemo zapletenim razlagam lahko rečemo, da razvoj nevihtnih oblakov povzročajo tople zračne mase z zadostno količino vlage, ki se zaradi vzgona s precejšnjo hitrostjo dvigajo na velike višine. Pri tem pa se delci zraka, vlage in še kaj v teh masah drgnejo ob delce v nevihtnem oblaku in povzročijo separacijo naboja.

Slika 1: Separacija naboja v nevihtnem oblaku


2

Z raznovrstnimi poskusi, tudi z letalskimi preleti nevihtnih oblakov, so namreč ugotovili, da je vrh nevihtnega oblaka med 6 in 12 km nad zemljo pozitivno nabit, medtem ko je spodnji konec oblaka na višini 2 do 6 km nabit negativno (slika 1).

2.2. Razvoj razelektritvenega procesa Velike količine naboja v oblaku povzročajo velika električna polja, ki obremenjujejo okoliški zrak in pospešujejo prosti elektrone do take hitrosti, da le ti izbijajo elektrone iz molekul, ki sestavljajo zrak Tako nastaja vedno več nabitih delcev, plaz elektronov, ki potujejo proti zemlji. Plaz elektronov se premika zelo hitro in za seboj pušča sled dobro prevodnega ioniziranega zraka. Plaz elektronov se po nekaj 10 m ustavi dokler po ustvarjenem prevodnem kanalu ne pride nova pošiljka elektronov, ki nadaljujejo proces. Zopet dobimo plaz elektronov, ki ustvari nov krak "stopničastega vodnika" (stepped leader) vodilne strele (slika 2).

Slika 2: Stopničasti potek strele( t.i. stepped leader)

Ko se vodilna strela približa objektom na zemlji na razdaljo nekaj 10 do nekaj 100 m se na koničastih delih teh objektov vrednost električnega polja precej poviša, tako se na teh delih pričnejo formirati lovilne strelice (streamerji) v smeri vodilne strele in jo poskušajo uloviti. Ko lovilna strelica ulovi vodilno se vzpostavi prevodni kanal ionizirajočega zraka med nevihtnim oblakom in zemljo. V tem trenutku se prične glavni, najsvetlejši in najmočnejši del strele. Ionizirani zrak vodilne strele delujejo kot prevodnik, preko katerega se izprazni nabiti oblak.

2.5. Različni primeri atmosferskih razelektritev

Atmosferska razelektritev oziroma strela vodi do nevtralizacije naboja med nevihtnim oblakom in zemljo. Glede na smer napredovanja strele poznamo dva tipa razelektritve oziroma strele:

strela od oblaka navzdol proti zemlji (downward flash),


3

strela od zemlje navzgor proti oblaku (upward flash). »Strele od oblakov proti zemlji« strele so pogoste na nižjih, ravnih terenih z nižjimi objekti. »Strele od zemlje proti oblakom« strele se pogosteje pojavljajo v gorskem svetu in pri objektih ekstremnih višin (izpostavljeni objekti kot so telekomunikacijski stolpi ali podobno). Prepoznavnost strel od oblaka proti zemlji oziroma od zemlje proti oblaku je v njihovem razširjanju stopničastega vodnika oziroma vodilne strele. Pri streli od oblaka proti zemlji je ta razprt proti zemlji (slika 3), medtem ko pri streli od zemlje proti oblaku je usmerjena vejitev proti nevihtnem oblaku (slika 4).

Slika 3: Primer strele od oblaka navzdol proti zemlji


4

Slika 4: Primer strele od zemlje navzgor proti oblaku

Strele lahko delimo tudi glede na polariteto stopničastega vodnika in sicer na :

Pozitivne, Negativne.

Pogostost negativnih strel je okoli 90 %, medtem ko je pogostost pozitivnih okoli 10 %. Razmerje je odvisno od geografskega položaja.

Slika 5: Potek strele od oblaka navzdol

proti zemlji(downward flash); (a) negativna; (b) pozitivna

Slika 6: Potek strele od zemlje navzgor proti oblaku(upward flash); (c) pozitivna; (d) negativna

3. Metode za načrtovanje lovilnega sistema

Uspešen lovilni sistem zagotovi, da pride do razelektritve oblaka, ki je potencialno nevarna za objekt, vselej skozi lovilni sistem in ne čez kašen drugi del objekta. Na ta način prepreči uničenje na mestu udara in vzdolž poti razelektritve. Lovilni sistem se postavlja na tisti del stavbe, ki je najbolj izpostavljen atmosferskim razelektritvam torej na strehe stavb po večini na vogale in izpostavljene točke ter robove. Pri načrtovanju je treba upoštevati sedaj veljavni pravilnik o zaščiti pred delovanjem strele (Ur.l. št. 28 od 10.4.2009)in pripadajoče tehnične smernice TSG-N-003:2009,ki med drugimi predpisujejo standard SIST EN 62305-3. Ti dokumenti obravnavajo tri metode:

▪ Metoda zaščitnega kota. ▪ Metoda mreže. ▪ Metoda kotaleče krogle.

Načrtovanje lovilnih sistemov večine objektov neodvisno od višine uspešno izvedemo z eno ali pa kombinacijo omenjenih metod. Kako uporabiti, katero izmed metod je nazorno nakazano na sliki 7.


5

Slika7: Primer različnih metod za izdelavo lovilnega sistema v skladu s SIST EN 62305

Slika 8: Pri stavbah višjih od 60 m namestimo lovilni sitem tudi na bočne stene, tipično na 20 % višine stavbe.


6

Na objektih višjih od polmera kotaleče krogle obstaja nevarnost bočnega udara. Vsaka točka, ki se je kotaleča krogla dotakne je možna točka bočnega udara. Za stavbe nižje od 60 m je nevarnost bočnega udara v splošnem zanemarljiva. Pri višjih stavbah pa je potrebno namestiti lovilni sistem tudi na bočne stene v zgornjem delu stavbe (tipično 20 % višine stavbe). Primer bočnega udara prikazuje slika 9.


7

Slika 9: Primer bočnega udara v 116 m visok minaret v mestu Putrajaya Malesia Podani so še nekateri primeri udarov strele, ki pričajo o posledicah delovanja strele oziroma o posledicah nepravilne izvedbe zaščite pred strelo.

Slika 10: Uničujoče posledice udara strele na objektu

Slika 11: Govedo podleglo posledicam udara strele


8

Slika 12: Primer udara strele v kovinsko vetrno letev stanovanjskega objekta

Slika 13.Strela je posredno udarila v rezervoar goriva


9

Izvedbe strelovodne zaščite

Slika 14:Izvedba zunanje zaščite pred strelo,skladno z veljavnimi pravilniki.

Slika 15:Zajetje strešnih delov v strelovodno senco.


10

Slika 16:Udari strele se prenašajo na celoten objekt.

Slika 17:Pravilna zaščita ventilatorja na strehi stavbe.


11

Slika 18:Strešne inštalacije ni enostavno zaščititi pred direktnim udarom strele.

Slika 19:Primer zunanje zaščite za solarne celice.


12

Slika 20:Izolirana zaščita fotovoltaične elektrarne.

Slika 21:Debeline kovinske kritine za pločevinaste strehe.


13

Slika 22: Primer izoliranega sistema lovilne mreže za zahtevne objekte.

Slika 23:Pri zaščiti pred strelo je še posebej pomembno dobro izdelati ozemljila.


14

Slika 24:Na sistem zaščite vplivajo tudi energetske in informacijske inštalacije v stavbi. Zaščitni kot kovinskih lovilcev

Nevarnosti za živa bitja ob udaru strele ( Vir: IEC- TC 81) V vsakdanjem življenju je v primeru ogroženosti z delovanjem strele treba upoštevati naslednja priporočila:


15

Pogost pojav, ki nas spominja na udar strele v drevo


16

Udar strele v stanovanjsko stavbo


17

Udar strele v sleme stanovanjske hiše


18

Udar strele v človeka. Iz slike vidimo razdelitev razelektritvenega toka v zemljo.


19

Indirektni udar strele v drevo v bližini človeka. Človek se znajde v razliki električnega potenciala razelektritvenega toka in istočasno ga zaradi njegove nižje upornosti kot jo ima zrak zadene del razelektritvenega toka strele.


20

Strela je udarila v kovinsko pokrito lopo in se zaključila po najkrajši poti proti zemlji.


21


22

Pri udaru strele se električni tok v zemlji razgubi po zemlji po najkrajših poteh in se pri tem v posameznem poteku istočasno zmanjšuje z razdaljo. Med dvema različnima točkama zaradi tega zmanjševanja nastana potencialna razlika, ki je nevarna za človeka in žival.

Na naslednji sliki so prikazane nevarnosti posameznih mest in prostorov in stojišč, na katerih se nahajamo ob udaru strele v stavbo.


23


24

Posebej je problematična situacija, ko se ob neurju postavimo ob kovinski drog in če ravno takrat vanj udari strela.


25

Na sliki je prikazano kje moramo stati in kako ter v kakšni oddaljenosti od rdevesa,da smo varni v primeru, da v drevo udari strela.


26

Kako se moramo postaviti na odprtem prostoru ob nevihtah?


27

Najboljša zaščita ob nevihtah na prostem je še vedno kovinska Faraday-eva kletka, ki jo nudi kovinski avtomobil.

Maribor, september 2018 Boris Žitnik

NASTANEK IN RAZVOJ RAZELEKTRITVENEGA PROCESA TER …½itnik_Zaščita pred udarom strele.pdf · Pri...

Documents

Transcript of NASTANEK IN RAZVOJ RAZELEKTRITVENEGA PROCESA TER …½itnik_Zaščita pred udarom strele.pdf · Pri...