Grom robi na drutach

Katarzyna Bogucka 8 sierpnia 2014

Tylko w laboratorium naukowym domek rażony piorunem nie płonie. W prawdziwym życiu bywa różnie. Puszczony samopas ładunek potrafi zabić, rozbić i odrzucić kawał muru ważący do 100 kg, zniszczyć instalację. Tanio się go nie rozbroi.

Hala Wysokich Napięć na Politechnice Warszawskiej - badanie wpływu wyładowania piorunowego na budynek. Naukowcy umieścili wewnątrz domku instalację, która pod wpływem „pioruna” zapala kominek

Fot.: Andrzej Łasica, Zakład Wysokich Napięć i Kompatybilności Elektromagnetycznej Politechniki Warszawskiej

Uderzenie pioruna kojarzy się głównie z pożarem budynku, tymczasem dziś, gdy niemalże każdy obiekt oplata gęsta siatka instalacji, to one właśnie są najbardziej narażone na niszczycielskie, wtórne oddziaływanie energii gromu. Szczególnie bezbronne są tzw. instalacje sygnałowe (m.in. sieci komputerowe, instalacje alarmowe, telewizja kablowa), bo charakteryzują się niskimi poziomami napięć znamionowych, co przekłada się także na ich niższą odporność. W zeszłym roku burza szalejąca nad Szczecinem zniszczyła internetowy maszt przekaźnikowy. Siła rażenia pioruna była tak ogromna, że część anteny pod wpływem temperatury stopiła się, a fragmenty instalacji rozrzucone zostały na odległość 30 metrów. Żadne z urządzeń internetowych nie przetrwało. Przewody spłonęły, cud, że przetrwał budynek.

Atak z powietrza i z ziemi


Domostwu, poza iskrą, zaszkodzić może fala elektromagnetyczna, rozchodząca się po uderzeniu pioruna w powietrzu i w ziemi, ale jest jeszcze jedno niebezpieczeństwo. Gdy grom uderzy „po bożemu”, czyli w instalację odgromową, zaczynają w niej płynąć prądy, które mogą przedostać się (pokonując nawet kilkadziesiąt kilometrów) do instalacji elektrycznej. Konieczne są w związku z tym dodatkowe zabezpieczenia, montaż tzw. ograniczników przepięć (dawniej zwanych odgromnikami). Dla laika to czarna magia, podobnie jak magią był dla dawnego człowieka piorun, utożsamiany w pogańskich kulturach z groźnym bóstwem. Dawny człowiek wierzył też, że grom jest karą za grzeszne życie i że obejście uchroni przed nim bocianie gniazdo (razem z ptakiem oczywiście).


W 2012 roku wiatr zniszczył 512 hektarów lasu w powiecie tucholskim. Wielkie kamienie i drzewa leciały na odległość 40 metrów. Najbardziej ucierpiała wieś Stara Rzeka.

fot. Archiwum

W 2012 roku wiatr zniszczył 512 hektarów lasu w powiecie tucholskim. Wielkie kamienie i drzewa leciały na odległość 40 metrów. Najbardziej ucierpiała wieś Stara Rzeka.


Na drodze przesądu stanął w XVIII wieku klasyczny piorunochron, a zawdzięczamy go Benjaminowi Franklinowi, amerykańskiemu politykowi, naukowcowi, filozofowi. Badając właściwości atmosfery, odkrył elektryczną naturę pioruna. Pierwsze piorunochrony (zwane dziś zwodami Franklina) pojawiły się w 1752 roku w Filadelfii. Do Polski nowinka ta dotarła podobno dopiero w 1783 roku. Jako pierwszy ochronę zyskał budynek ratusza w Rawiczu. Nie wszyscy Europejczycy darzyli wynalazek szacunkiem. Zasłużony badacz elektryczności, francuski ksiądz Jean-Antoine Nollet, przedkładał jednak tradycyjny sposób przeciwdziałania piorunom - za pomocą bicia w dzwony kościelne. Jego zdaniem, piorunochrony raczej mogą ściągać na nas pioruny niż chronić nas przed nimi. Przy czym, paradoksalnie, to ostatnie stwierdzenie jest bardzo bliskie współczesnemu stanowi wiedzy...

Uderzenie kontrolowane


- Chodzi nam istotnie o zwodzenie pioruna, czyli o przyciągnięcie jego „uwagi” tuż przed trafieniem w chroniony obiekt w celu skierowania niszczycielskiej energii w bezpieczne miejsca. Przy prawidłowo wykonanej instalacji odgromowej piorun ma uderzyć tam, gdzie mu na to pozwolimy, a nie w przypadkowy punkt - wyjaśnia dr inż. Mirosław Zielenkiewicz, dyrektor firmy RST, oferującej, m.in., instalacje odgromowe, członek Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej.

Wspomniane „zwodzenie” wymaga znajomości norm (ustalonych przez międzynarodową komisję) i szczegółów technicznych instalacji. Jednym z ośrodków pracujących nad udoskonalaniem regulaminu ochrony odgromowej jest Zakład Wysokich Napięć i Kompatybilności Elektromagnetycznej Politechniki Warszawskiej. Jego kierownikiem jest prof. Jacek Starzyński: - Nasze laboratorium, Hala Wysokich Napięć, działa od początku istnienia wydziału, czyli jeszcze od przedwojnia, a w obecnym kształcie funkcjonuje od 1947 roku - mówi profesor. - Jak dużą moc mogą wygenerować urządzenia, którymi dysponujemy? Piorun nad domkiem (który widać na zdjęciu powyżej, przyp. red.) to strzał z generatora wysokich napięć udarowego, który wytwarza do 2,4 miliona woltów (dla porównania w gniazdku jest prąd o napięciu 230 woltów). Używamy także generatora udarów prądowych o sile 20 tys. amperów.

Hala do przeprowadzania eksperymentów z prądem ma siedem metrów wysokości, 15 m szerokości i 25 m długości. W zależności od mocy urządzeń, niektóre z nich otoczone są siatką (której nie można przekroczyć, gdy generator pracuje), inne chronią barierki. Wspomniany domek stoi na uziemionej płaszczyźnie, na czymś w rodzaju metalowej wykładziny. Wróćmy do wspomnianych norm ochrony odgromowej. Nie wszyscy muszą się do nich stosować, np. prywatni właściciele wcale nie mają obowiązku chronienia swoich budynków, biorą na siebie odpowiedzialność za zniszczenia.

- Jedynie inwestorzy obiektów użyteczności publicznej są zobowiązani przepisami do wyposażenia budynków w instalację odgromową - mówi prof. Starzyński. - Koszty jej założenia są niebagatelne, dochodzą nawet przy wielkogabarytowych budowlach (szpitalach, wieżowcach czy fabrykach) do miliona złotych. Ochrona domku jednorodzinnego także kosztuje niemało, nawet kilkanaście tysięcy złotych. Przy czym koszt zakupu materiałów, czyli drutu i siatki, jest niewielki, ale założenie instalacji wymaga wiedzy i wysiłku, a te kosztują.

Instalacja zewnętrzna składa się ze zwodów pionowych, nazywanych popularnie masztami odgromowymi (często są to po prostu pręty wystające ponad budynek) i zwodów poziomych (najczęściej układanych jako siatki o określonych wymiarach ich oka). - Rozładowanie energii pioruna, przechwyconej przez zwody, następuje oczywiście przez odprowadzenie jej do ziemi - tłumaczy inż. Mirosław Zielenkiewicz. - Na ścianach, po zewnętrznym obwodzie budynków, montuje się przewody odprowadzające, które przenoszą energię pioruna do instalacji uziemiającej, do tzw. uziomów. Uziemienie to zespół elementów umieszczonych w gruncie, poziomych lub pionowych, których zadaniem jest rozproszenie energii piorunowej w ziemi, przez zneutralizowania ładunków elektrycznych.

Ekspert tłumaczy, jak niezwykle ważne są szczegóły. Drut stalowy zewnętrznej instalacji ma średnicę co najmniej ośmiu milimetrów, co gwarantuje odporność na przegrzanie i stopienie, a nawet zerwanie pod wpływem przepływającego przez niego prądu piorunowego.

- Warto zwrócić uwagę, że cały czas mówię o sytuacji - dodaje inż. Zielenkiewicz - gdy piorun spływa z chmury do ziemi, ale zdarzają się także odwrotne sytuacje. Wyładowania oddolne są zdecydowanie groźniejsze i dotyczą najczęściej wysokich obiektów o smukłej konstrukcji (wieżowce, maszty antenowe, kominy), ponieważ w tym przypadku mamy do czynienia z większą energią.

Wirtualna burza


Zanim podejmie się decyzje o wyborze instalacji, należy wziąć pod uwagę, m.in., uwarunkowania środowiskowe (częstość występowania zjawisk burzowych na danym terenie), obliczyć prawdopodobieństwo kontaktu obiektu z piorunem, ustalić, czy w najbliższej okolicy są budynki, które zabezpieczą nasz obiekt przed wyładowaniami, biorąc je na siebie. Prof. Jacek Starzyński wyjaśnia, na czym polega jedna z metod pracy nad wyglądem instalacji odgromowej: - Lider, czyli pierwotne wyładowanie burzowe, porusza się skokami. Kilkadziesiąt metrów nad ziemią piorun zatrzymuje się i w pewnym sensie podejmuje decyzję, w co uderzyć. Tworzymy wirtualną kulę o średnicy równej wysokości, na której zatrzymuje się piorun. Kulę tę następnie toczy się po terenie wokół budynku, po obiekcie, który ma być zabezpieczony instalacją odgromową. Instalacja powinna być zamontowana w miejscach, w których kula zetknie się się z obiektem. Przykładowo, analizujemy sytuację domku, stojącego między dwoma wieżowcami. Jeśli kula o bardzo dużym promieniu zetknie się z wieżowcem, wiadomo, że nigdy nie dotknie domku. Piorun w niego nie uderzy, ponieważ wybiera najkrótszą drogę, czyli w tym przypadku wysoki budynek.

Różowe pioruny


Nad burzami pochylają się nie tylko naukowcy, meteorolodzy. Bardzo aktywni są także społecznicy, którzy słyną z tropienia błyskawic.

Jednym z pasjonatów jest Piotr Żurowski, pochodzący z Rzuchowej, oddalonej od Tarnowa o około 9 kilometrów. Z wykształcenia technolog żywienia (czynny zawodowo), z zamiłowania obserwator burz, rzecznik stowarzyszenia „Polscy łowcy burz” (liczy 44 członków i ma o wiele większe grono sympatyków). - Jestem zafascynowany tym tematem od dzieciństwa. Pamiętam, że gdy byłem mały, zaskoczył mnie widok różowych piorunów. Dziś wiem, że na kolor pioruna mają wpływ, min., odległość od chmury burzowej, przejrzystość powietrza i jego wilgotność. Pan Piotr nie jest już w stanie zliczyć zjawisk, które obserwował, fotografował czy nagrał. Od jakiegoś czasu zamieszcza raporty o groźnych zjawiskach w rejonie Tarnowa w Europejskiej Bazie Danych o Groźnych Zjawiskach Meteorologicznych (ESWD). - Moim największym sukcesem było przewidzenie burzy z 3 czerwca 2010 roku i ostrzeżenie ludzi przed powodzią za pomocą SMS-ów. - mówi z satysfakcją łowca burz. Jego marzeniem pozostaje uwiecznienie tornada na filmie. Tymczasem przed stowarzyszeniem wielkie wyzwanie, konferencja naukowa połączona z kursem chmuroznawstwa i warsztatami meteorologicznymi (16.08.), współorganizowana z naukowcami Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Ciekawostki


Na spięcie najlepsze przepięcie

- Nad terytorium Polski burze występują średnio od 25 do 30 dni w roku. Statystycznie nad naszymi domami co 12-14 dni przechodzi burza. Podczas każdej w ziemię uderza od kilkunastu do kilkudziesięciu albo i więcej piorunów. W takich przypadkach istnieje ogromne ryzyko uszkodzenia urządzeń podłączonych do instalacji elek trycznej i teletechnicznej w rezultacie tzw. przepięcia (czyli wzrost napięcia w sieci ponad jego maksymalną dopuszczalną wartość), powstałego w wyniku uderzenia piorunów. Coraz większą rolę w ochronie naszego dobytku odgrywają więc ochronniki przeciwprzepięciowe,których zadaniem jest ograniczanie przepięć do wartości niegroźnej z punktu widzenia wytrzymałości elektrycznej izolacji, są to, m.in., iskierniki. (Źródło. legrand.pl, Wikipedia).

- W USA pioruny zabijają 50-55 osób rocznie, natomiast w Polsce 3 do 5 osób. Ponad 80 proc. osób trafionych błyskawicami to mężczyźni.

- Henry Melville to słynny amerykański pisarz XIX w., autor „Moby Dicka”, ale i opowiadania pt. „The Lightning - Rod Man”, historii nawiedzonego i napastliwego sprzedawcy piorunochronów, przekonanego o cudownej skuteczności swojego towaru.