Zgodovina

Strelovodne instalacije so znane od leta 1752, ko je Benjamin Franklin dokazal, da je strela električni pojav in da lahko kovinski vodniki na objektu – kovinske lovilne palice ali t.i. Franklinove palice – zaščitijo objekt pred udarom strele. Ob tem se je pojavilo vprašanje, kolikšno je dejansko zaščiteno območje, ki ga ponuja takšna lovilna palica. Ta podatek je bistvenega pomena za vse načrtovalce strelovodnih instalacij. Zaščiteno območje se spušča z vrha lovilne palice v obliki stožca. Velikost oziroma premer osnovne ploskve stožca se je skozi leta razlikoval glede na različne izračune. Leta 1892 je sir Oliver Lodge izdal pregled različnih konceptov zaščitnih območij. Med koncepti so bile velike razlike, zaščitni koti pa so znašali od 90° do 30° in veljajo še danes.

Vodilna iskra

Leta 1976 so izdelali elektrogeometrični model udara strele, s pomočjo katerega so lahko natančneje določili zaščiteno območje. Za model je bistven koncept preskočne razdalje, ki je tudi osnova za ustrezno predstavo zaščitenega območja strelovodne instalacije. Zaradi naelektritve nevihtnega oblaka nastane električno polje, ki lahko doseže tudi vrednosti, večje od 100 kV/m. Zaradi tega polja lahko dežne kapljice, ki imajo boljšo prevodnost, povzročijo vodilno iskro. Ta iskra potem išče svojo pot proti zemlji povsem naključno in nekontrolirano.

Hitrost nastajanja takšne iskre je približno tisočinka svetlobne hitrosti oziroma 300 km/s. Ko je takšna iskra na višini nekaj deset oziroma sto metrov, se na konicah dreves ali objektov na zemlji poveča električno polje. Ko vrednost električnega polja preseže prebojno trdnost zraka, se protiiskra z mesta udara strele na zemlji združi z vodilno iskro iz oblaka ter tako tvori prevodni kanal. Razdalja, na kateri se začne električno polje na zemlji dvigovati, je odvisna od naboja oblaka oziroma 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. Tudi na podlagi teh izračunov delimo objekte na štiri različne ravni zaščite.

Kotaleča krogla

Preden pustimo matematiko ob strani, naj povemo, da je v standardu SIST IEC 61024-1 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, ki ga želimo zaščititi s strelovodno instalacijo. Na mestih, kjer se krogla dotakne objekta, je mogoč udar strele. Če na ta mesta namestimo strelovodno instalacijo, je objekt ustrezno zaščiten. Takšna mesta so običajno slemena streh ter robovi objekta.

Poglejmo nekaj konkretnih primerov zaščitenega območja, ki ga ponujajo strelovodne instalacije na posameznih objektih. Vzemimo primer zaščitenega območja na cerkvi dimenzij: velikost ladje 15 m x 30 m, višina do slemena na ladji 25 m, velikost zvonika 6 m x 6 m, višina zvonika 40 m. V mnogo primerih je edini lovilec na cerkvi križ, ladja pa s strelovodom ni zaščitena. V primeru zaščitnega kota 45° ostane del ladje nezaščiten, kar pomeni, strelovod samo na zvoniku ne zaščiti niti ladje. Prav tako strelovod na eni hiši tudi približno ne ščiti dveh hiš, ampak je smiselno namestiti strelovodno inštalacijo na vsako posamezno.

Poglejmo na kratko še nekaj podrobnosti o strelovodni zaščiti. Prvi strelovodi so bili kovinski drogovi, ki so bili postavljeni na dvorišču oziroma ob objektu in so kot taki varovali objekt, saj električni tok vedno teče po najbolj prevodnem materialu, to pa je kovinski drog. Nadaljnje raziskave fizikalnega ozadja udara strele so dale nove rezultate. Strelovod mora biti načrtovan tako, da se lahko prej omenjeni protiudar sprosti le iz strelovodne inštalacije. Le v tem primeru je objekt ustrezno zaščiten.

Strelovodna inštalacija

Strelovodna inštalacija se deli na lovilni, odvodni in ozemljilni sistem. Vsak izmed teh delov ima pri udaru strele svojo funkcijo in mora biti ustrezno dimenzioniran.
Naloga lovilnega sistema je prestreči neposreden udar strele v objekt. Tok strele nato steče po lovilni inštalaciji do odvodnega sistema, katerega naloga je prevesti ta tok do ozemljilnega sistema. Ozemljilni sistem omogoči toku strele razdelitev v zemlji. Pri tem je pomembna oblika ozemljila. Ob pravilni obliki ozemljila se na površini ne pojavijo prevelike spremembe potenciala, ki bi bile lahko nevarne za človeka.

Vendar sama lovilna inštalacija ne pomeni ničesar, če ni ustreznega odvodnega sistema. Ta poskrbi, da lahko tok strele, ki steče po lovilnem sistemu, nadaljuje svojo pot proti zemlji. Odvodni sistem sestavljajo povezave med lovilnim in ozemljilnim sistemom. Naloga odvoda je zagotoviti najkrajšo pot toku strele od lovilnega do ozemljilnega sistema. Pri tem je število potrebnih odvodov odvisno od obsega strešne konstrukcije ter izbrane ravni zaščite. Odvodi morajo biti nameščeni glede na robove objekta kar najbolj enakomerno vzdolž celotnega obsega objekta. Pri tem so lahko razdalje med posameznimi odvodi različne, spet v odvisnosti od izbrane ravni zaščite.

Ozemljilni sistem omogoča toku strele, da se čim hitreje razdeli v zemlji. Kot tak je ključnega pomena, saj brez ozemljilnega sistema tok strele, ki priteče po odvodu, ne bi imel kam steči in bi zaradi tega prišlo do poškodb objekta. Poznamo dva tipa. Ozemljilo tipa A je zanka okoli objekta, ki ima stik z zemljo v manj kot 80 odstotkih dolžine. Praktično to pomeni, da takšno ozemljilo sestoji iz posameznih tračnih ali paličnih ozemljil. Med seboj niso povezana v zemlji, temveč le nad površjem. V praksi se ta tip ozemljila uporablja tam, kjer ni mogoče namestiti zanke okoli objekta, ali pri obnovah. V takšnih primerih se uporabijo ozemljitvene sonde, ki so nato medsebojno povezane nad zemeljsko površino. Kot tip ozemljila B pa upoštevamo ozemljilo v obliki sklenjene zanke, ki je v stiku z zemljo v vsaj 80 odstotkih celotne dolžine, in tudi temeljsko ozemljilo (ozemljilo v temelju). Pri tem določimo povprečni polmer območja, ki ga določa zanka krožnega ali temeljskega ozemljila.

Število dodatnih ozemljil ne sme biti manjše od števila odvodov oziroma morata biti najmanj dve. Kadar ni uporabljeno temeljsko ozemljilo, temveč zunanje krožno ozemljilo, mora biti le-to oddaljeno od zidu najmanj 1 m in položeno vsaj 0,5 m globoko.
Omeniti moramo tudi to, da ni pomembna le dolžina ozemljil, temveč tudi oblika. V trenutku udara strele steče tok skozi ozemljilo v zemljo. Pri tem se na površju pojavijo na različnih mestih različni potenciali. Ob nepravilni postavitvi ozemljil lahko zaradi tega nastanejo prevelike napetosti koraka, ki so prav tako nevarne.

Odvodi so običajno nameščeni po zidu, lahko pa jih namestimo tudi po odtočnih ceveh. S tem je poenostavljena montaža odvoda na objekt, hkrati pa je tudi poskrbljeno, da so odtočne cevi ustrezno ozemljene. To pomeni, da tudi odtočna cev sodeluje pri prevajanju toka strele. Odtočna cev, po kateri ni nameščen odvod, mora biti pri tleh ravno tako ozemljena in torej služi kot pomožni odvod.


Janez Podlipnik, dipl. ing. el.
Hermi d.o.o., Celje