La ce distanţă de instalaţiile de paratrăsnet ne mai aflăm încă în siguranţă?

De asemenea, este foarte des întâlnită şi concepţia că dacă vecinul nostru are un paratrăsnet instalat pe casă şi noi suntem implicit protejaţi împotriva trăsnetelor.

Instalaţiile de paratrăsnet sunt cunoscute încă din anul 1752, an în care Benjamin Franklin a demonstrat faptul că trăsnetul este un fenomen electric şi că, conductoarele metalice de pe clădiri respectiv barele metalice aşa-numitele tije Franklin pot proteja clădirile împotriva trăsnetelor. Cunoscând acest lucru, apare imediat întrebarea, care este aria de protecţie pe care o oferă o astfel de tijă captatoare. Această informaţie are o semnificaţie esenţială pentru toţi cei care proiectează instalaţii de paratrăsnet.

Conform cunoştinţelor care datează din secolul al XVIII-lea, aria de protecţie creată de o tijă captatoare are forma unui con format în jurul tijei.

Mărimea respectiv diametrul suprafeţei de bază a conului a oscilat de-a lungul anilor. În anul 1892, Sir Oliver Lodge a publicat un studiu al diferitelor teorii cunoscute până la acel moment cu privire la ariile de protecţie. Între diferitele concepte existau mari diferenţe, unghiurile de protecţie variau de la 90°la 30°. Aceste unghiuri s-au păstrat până în zilele noastre.

Figura 1: Aria de protecţie a tijei captatoare

În anul 1976 a fost realizat modelul electrogeometric al loviturii de trăsnet, cu care se poate determina mai exact aria de protecţie

Conceptul distanţei de salt este esenţial pentru modelul electrogeometric respectiv pentru conceptualizarea ariei de protecţie a instalaţiei de paratrăsnet. Datorită electricităţii norilor de furtună apare un câmp electric, care poate atinge o valoare de peste 100kV/m. Din această cauză, picăturile de ploaie care au mare conductibilitate electrică provoavă o scânteie electrică. Această scânteie îşi caută drum către pământ, cazual şi necontrolat. Viteza de formare a unei astfel de scântei reprezintă aproximativ a mia parte din viteza luminii, având valoarea de 300 km/s. Când o astfel de scânteie se află la o înălţime de câţiva zeci până la 100 m, câmpul electric de pe vârfurile arborilor şi construcţiilor se măreşte. Atunci când valoarea câmpului electric depăşeşte rezistenţa de străpungere aerului la locul la care fulgerul loveşte pământul antiscânteia se uneşte cu scânteia conductoare din nor şi crează astfel un canal conductor (de electricitate). Distanţa la care câmpul electric de la nivelul pământului începe să se ridice este dependentă de sarcina electrică din nor respectiv de curentul trăsnetului, care se scurge din nor către pământ la lovirea trăsnetului şi se numeşte distanţa finală de salt.

Distanţa finală de salt în care se unesc scânteia conductoare de electricitate din nor şi antiscânteia de la nivelul solului se poate calcula conform formulei (Lowe):

D=10I 0,65 [1]

I - curentul maxim al trăsnetului

În conformitate cu standardul sloven cu privire la protecţia construcţiilor împotriva acţiunii trăsnetelor EN 62305, construcţiile se împart în funcţie de categorie, importanţă, mărime, locaţie şi mulţi alţi factori în patru niveluri de protecţie.

În conformitate cu aceste niveluri de protecţie se află respectivele valori minimale ale amplitudinii curentului trăsnetului, cu ajutorul cărora se poate calcula distanţa finală de salt pentru diferite niveluri de protecţie.

Tabelul 1: Valorile sarcinii electrice a paratrăsnetului şi ale distanţelor de

pătrundere pentru fiecare nivel de protecţie

În standardul EN 62305 pentru proiectarea instalaţiilor de paratrăsnet este descrisă metoda unei sfere care se rostogoleşte. Principiul metodei este acela că rostogolim o sferă cu raza R, care este egală cu distanţa finală de salt D în clădirea pe care dorim să o protejăm cu o instalaţie de paratrăsnet. Loviturile de trăsnet se pot produce în locurile în care sfera atinge clădirea. Dacă instalăm instalaţii de paratrăsnet în acele locuri, clădirea este protejată corespunzător. Aceste locuri sunt de obicei vârfurile de acoperiş şi marginile clădirilor.

Ce fel de protecţie oferă paratrăsnetul instalat pe clădire?

În continuare sunt expuse câteva exemple ale ariilor de protecţie, pe care le oferă instalaţiile de paratrăsnet pe diferite obiecte.

Exemplu de arie de protecţie pentru o biserică cu dimensiunile:

mărimea navei laterale15 m x 30 m, înălţimea navei laterale de până la 25 m, mărimea turnului bisericii 6 m x 6 m, înălţimea turnului bisericii 40 m.

La biserici, în multe cazuri singurul element captator este crucea, nava laterală nefiind protejată de paratrăsnet.

Unghiul de protecţie 45°

Figura 2

Aria de protecţie în conformitate cu EN 62305, Nivelul de protecţie III (Raza sferei R=45m)

Figura 2

Aşa cum reiese din imaginea 2, în cazul unghiului de protecţie de 45° o parte din nava laterală rămâne neprotejată (în imagine, în afara ariei haşurate). Imaginea 3 ilustrează aria de protecţie (aria haşurată cu verde) după metoda sferei care se rostogoleşte, în conformitate cu standardului EN 62305 pentru nivelul de protecţie III. Simulaţia este realizată cu programul SCUT. Şi în această imagine este ilustrat faptul că paratrăsnetul de pe turn nu protejează nava laterală a bisericii.

Cazul ariei de protecţie a unei case cu mărimea de 10 m x 13 m, înăltimea construcţiei până la tavan de 9 m, înclinarea acoperişului de 35°

Unghiul de protecţie 45°

Figura 4

Aria de protecţie în conformitate cu SIST IEC 61024-1, Nivelul de protecţie III (Raza sferei R=45m)

Figura 5

Din imaginea 4 şi imaginea 5 reiese că întreaga construcţie se află în interiorul ariei de protecţie pe care o oferă instalaţia de paratrăsnet.

Cazul ariei de protecţie pentru două case de mărime egală cu casa de la exemplul anterior: casa din stânga are instalată o instalaţie de paratrăsnet, în timp ce casa din dreapta nu are instalaţie de paratrăsnet. Casele se află la o distanţă de 15 m una faţă de cealaltă.

Unghiul de protecţie 45°

Figura 6

Aria de protecţie în conformitate cu SIST IEC 61024-1, Nivelul de protecţie III (Raza sferei R=45m)

Figura 7

În figura 6 şi figura 7 observăm că de fapt doar casa pe care se află instalaţia de paratrăsnet este protejată împotriva loviturilor trăsnetelor, în timp ce casa din dreapta nu este protejată.

Din exemplele expuse reiese că în multe cazuri instalaţia de paratrăsnet de pe turnul de biserică nu protejează nici măcar nava laterală a bisericii, cu atât mai puţin întregul sat; acelaşi lucru este valabil şi în cazul caselor vecine, în care numai una dintre case are instalaţie de paratrăsnet.

Janez Podlipnik, inginer electronist