Zaščita pred strelo

Nevihtna fronta je posledica strel in grmenja zaradi dviga toplote, vlage  in zračne gostote. Pri tem prihaja do različni fizikalnih pojavov, ki nastanejo iz tipičnih nevihtnih oblakov ter se delijo na električno pozitivno in negativno nabite oblake. Nevihta je skupek precej intenzivnih vremenskih procesov in je vezana na oblak kumulonimbus, osnova zanjo pa je labilno ozračje.

Strela se sproža v bližini nevihtnih oblakov, kjer lahko pihajo močni vetrovi s hitrostjo 100 km/h ali več in nastajajo močna navpična gibanja zraka s hitrostjo več 10 m/s , vse skupaj pa spremljajo močne padavine, lahko tudi toča.

Prek strele se izenači električni naboj, ki nastane v oblaku zaradi medsebojnega trenja vodnih kapljic, ki se gibljejo v oblaku zaradi vzgonskih tokov. Na eni strani se nabira pozitivni električni naboj, na drugi negativni. Ko napetost dovolj naraste, se električna naboja izenačita prek strele. Strela vedno ubere najbolj prevodno pot med nabojema. Skozi leto beležimo v ravninskem predelu okoli 10-15, v Alpah okoli 30 in v gorovju še veliko več nevihtnih dni. Na sliki št. 1 je prikazan primer za zunanjo/notranjo zaščito pred udarom strele.

Nevihte torej dobijo glavnino energije od kondenzirane vodne pare. Latentna toplota vodne pare se namreč pretvarja v druge oblike, kot na primer v kinetično (posledica je nastanek vetrov) in električno (zaradi česar se pojavljajo električna polja in bliski).

Osnove

Vidimo, da se danes po DIN V VDE 0185 naprave za zaščito pred strelo razlikujejo na "zunanjo" in "notranjo" zaščito.

 V skladu s tem imajo naprave za zaščito pred strelo dva namena:

•  Pri udaru strele se električni naboj preko dobro prevodnih spojin odvaja v zemljo, kjer lahko povzroči  

   veliko materialno škodo na raznih objektih, nadalje:

• pri udaru strele, na primer v električnem omrežju pride v zgradbi  do prenapetosti, ki se odvaja preko  

   odgovarjajočega prenapetostnega odvodnika za občutljive elektronske naprave in jih za delovanje onesposobi.

 Strele in grmenje

Strelo sestavljata blisk in grom. Zato tudi rečemo, da je strel svetlobni pojav, ki nastane skozi električni naboj med dvema nasprotnima nabitima oblakoma. Ko strelo opazujemo, najprej vidimo svetlobni blisk, saj je mnogo hitrejši od groma, ki je zvok in se torej širi s hitrostjo približno 300 m/s. Strele se pojavljajo ob nevihtah in so lahko nevarne za ljudi in naprave, saj se sprosti velika količina energije. Stavbe so zato zaščitene s strelovodi, ki naj bi zmanjšali učinek strele oziroma odvedli tok v zemljo. Vrh nevihtnega oblaka je med 6 in 7 km nad zemljo in je pozitivno nabit, medtem ko je spodnji konec oblaka na višini 3 do 4 km nabit negativno. Naboj, ki ga nosi spodnji del oblaka, je dovolj velik, da, med površjem zemlje in spodnjim slojem oblaka, povzroči napetostno razliko, ki dosega 20, 30 ali pa celo tja do 100 milijonov voltov.

V Sloveniji beležimo vsako leto nekaj mrtvih in poškodovanih oseb, kot posledico udara strele. Tudi drugje po Evropi in to samo v Zvezni republiki Nemčiji je na leto okoli 1 do 1,5 milijona bliskov od tega:

• približno 1500 poškodb zaradi udara strele
• približno 100 telesnih poškodb od tega okoli 15 do 25 s smrtnim izidom.

Posebej ogrožene so prosto stoječe visoke stavbe, stolpi, posamezne kmetije, drevesa pri visoki vlažnosti tal, itn..

Morebitna škoda

Škoda je predvsem posledica nenadnega segrevanja slabo prevodnih delov ali visoke napetosti, ki nastopi pri udaru v električno instalacijo. Energija, ki se sprosti pri udaru strele, ni kaj velika, saj jo ocenjujemo z nekaj sto kilovatnimi urami. Pri udaru strele, ki se zgodi v tisočinki sekunde, nastanejo zelo velike napetosti in stečejo zelo veliki tokovi (več kot 200 kA). Ti tokovi v trenutku stopijo tanke kovinske žice, druge materiale pa tako segrejejo, da se vnamejo in začnejo goreti ali celo eksplodirajo.Na številnih zgradbah povzročijo veliko materialno škodo.

• Del strehe in njeno prekritje
• Razbije zidovje in lesno konstrukcijo
• Ogenj uniči radijske zveze
• Kratek stik obloka v električni instalaciji
• Uničenje občutljive elektronske opreme s prenapetostjo še posebej pri elektronskih delih.

Zaščita pred strelo in strelovod

Zaščita pred strelo pomeni, pri relativno majhni naložbi, relativno zaščito za zgradbo, za v hiši živeče osebe kakor tudi za drage, občutljive elektronske naprave. Sistem zaščite oziroma varovanja pred udarom strele je sestavljen iz zunanje in notranje zaščite. Za celovito zaščito pri bolj občutljivih napravah pa moramo zagotoviti učinkovito prenapetostno zaščito. Zanjo je potrebno, da ustrezno sistemu in vrsti električnih instalacij ter primeru uporabe, izberemo ustrezne zaščitne elemente, prenapetostne odvodnike. Pravzaprav popolne zaščite, ki bi odvrnila strelo, ni. Pred strelo ste varni samo v hišah s strelovodom ali v avtomobilu. Strela ubija vsako leto v gozdovih in dolinah, planinah in gorah, skratka tudi tam, kjer ne bi nikoli pričakovali. Kako pravilno ravnati, kadar nas nevihta ujame na prostem? »Nikar se ne zadržujte pod drevjem. Če človeka ne ubije sam tok ob udaru strele v drevo, lahko zaradi sproščene toplote zavre sočna notranjost drevesa in drevo eksplodira!

Pri tem nikoli ne smemo stati z nogami narazen, saj lahko tok steče po eni nogi navzgor in po drugi navzdol, kar zlahka povzroči smrtne poškodbe; zaradi tega pogine veliko goveda. Na sliki št. 3 so prikazane lovilne smeri za strme in ravne strehe. Strelovod je električna napeljava, ki je izvedena tako, da je možnost udara strele v zavarovani objekt minimalna. Napeljava je sestavljena iz lovilcev, odvoda, ozemljila in po potrebi iz dodatnih priprav. Strelovod je torej naprava za lovljenje in odvajanje strele v zemljo. Namen strelovoda je, da prepreči škodljive učinke na objekte, naprave in ljudi tako, da odvede elektrino v zemljo po predvidenih vodnikih. Slika št. 3 prikazuje zaščitna področja pri vgrajenem strelovodu. Danes je vgradnja strelovodov zaradi boljših materialov, okroglih vodnikov, posameznim kritinam in fasadam prilagojenih nosilcev, tudi videza strelovoda, ki ni več tako izstopajoča in ne kvari splošnega videza objekta, kar prav tako govori v korist strelovodnim instalacijam, vse bolj dostopna, tudi zaradi nižje cene.

Pravila in smernice po DIN VDE 0185 za načrtovanje zaščite proti udaru strele, sme projektirati in izvesti za to specializirano, strokovno podjetje. V stavbah z električno napeljavo je treba izvesti skupno ozemljilo, ki mora omogočati tudi delovanje sistema zaščite pred strelo.

Načrt električnih inštalacij in električne opreme mora zagotoviti usklajenost vseh uporabljenih ukrepov oziroma rešitev, v zvezi z električno napeljavo in zaščito pred strelo, predvsem kar zadeva skupne elemente izenačitve potencialov, zunanje lovilne mreže z odvodi in izvedbo notranjega sistema zaščite pred strelo. Naprave, ki služijo za zaščito pred udarom strele, morajo biti redno pregledane in za uporabo usposobljene. Ozračje je veličasten električen stroj. Je tudi ena od najbolj spektakularnih manifestacij električnega delovanja. V ozračju pa je zagotovo nevihta, ki predstavlja nekakšen elektrostatični generator, ki pošilja negativni naboj proti tlom in pozitivnega v višje plasti ozračja. Kljub temu, da številni znanstveniki strele preučujejo že več stoletij in čeprav dobro vedo, kaj jih povzroča, pa še vedno ostaja veliko skrivnosti, ki jih ta pojav skriva.