Hermi: La ce distanță de instalațiile de paratrăsnet ne mai aflăm încă în siguranță ?
De multe ori auzim afirmații ca aceea că instalația de paratrăsnet aflată pe turnul bisericii protejează cel puțin o jumătate din sat de loviturile trăsnetelor. De asemenea, este foarte des întâlnită și concepția că dacă vecinul nostru are un paratrăsnet instalat pe casă și noi suntem implicit protejați împotriva trăsnetelor.
Instalațiile de paratrăsnet sunt cunoscute încă din anul 1752, an în care Benjamin Franklin a demonstrat faptul că trăsnetul este un fenomen electric și că tijele metalice de pe clădiri, respectiv barele metalice – așa-numitele tije Franklin – pot proteja clădirile împotriva trăsnetelor. Întrebarea imediat următoare este ce arie de protecție oferă o astfel de tijă captatoare. Această informație are o semnificație esențială pentru toți cei care proiectează instalații de paratrăsnet.
Conform cunoștințelor care datează din secolul al XVIII-lea, aria de protecție creată de o tijă captatoare are forma unui con format în jurul tijei. Mărimea, respectiv diametrul suprafeței 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 protecție. Între diferitele teorii existau mari diferențe, unghiurile de protecție variau de la 90°la 30°. Unghiurile de protecție s-au păstrat până în zilele noastre.
În anul 1976 a fost realizat modelul electrogeometric al loviturii de trăsnet, cu care se poate determina mai exact aria de protecție.
Conceptul distanței de salt este esențial pentru modelul electrogeometric, respectiv pentru conceptualizarea ariei de protecție a instalației de paratrăsnet.
Datorită electricității 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 provoacă o scânteie electrică, care își caută drum către pământ, coincidental și necontrolat. Atunci când valoarea câmpului electric depășește rezistența de străpungere a aerului la locul la care fulgerul lovește pământul, anti-scânteia se unește cu scânteia conductoare din nor și creează astfel un canal conductor (de electricitate). Distanța 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 și se numește distanța finală de salt.
Distanța finală de salt în care se unesc scânteia conductoare de electricitate din nor și anti-scânteia de la nivelul solului se poate calcula conform formulei (Lowe):
D= 10 * I exp (0,65) unde I este curentul maxim al trăsnetului.
În conformitate cu nivelele minime de protecție stabilite de standardul european EN 62305 se află respectivele valori minimale ale amplitudinii curentului trăsnetului, cu ajutorul cărora se poate calcula distanța finală de salt pentru diferite niveluri de protecție.
Valorile curenților trăsnetului și ale distanțelor de pătrundere pentru fiecare nivel de protecție
Nivel de Valoarea minimă a Distanța finală
protecție curentului trăsnetului (kA) de salt D (m)
I 3 20
II 5 30
III 10 45
IV 16 60
În standardul EN 62305 pentru proiectarea instalațiilor de paratrăsnet este descrisă metoda sferei rotitoare. Principiul metodei este acela că rostogolim o sferă cu raza R, care este egală cu distanța finală de salt D peste clădirea pe care dorim să o protejăm cu o instalație de paratrăsnet. Loviturile de trăsnet se pot produce în locurile în care sfera atinge clădirea. Aceste locuri sunt de obicei vârfurile de acoperiș și marginile clădirilor.
Ce fel de protecție oferă paratrăsnetul instalat pe clădire ?
În continuare sunt expuse câteva exemple ale ariilor de protecție pe care le oferă instalațiile de paratrăsnet pe diferite obiecte.
Exemplul ariei de protecție pentru o biserică cu dimensiunile:
• mărimea navei laterale15 m x 30 m, înălțimea navei laterale de până la 25 m,
• mărimea turnului bisericii 6 m x 6 m, înălțimea turnului bisericii 40 m.
La biserici, în multe cazuri singurul element captator este crucea, nava laterală nefiind protejată de paratrăsnet.
Fig. 2: Unghiul de protecție 45°
Fig.3 :Aria de protecție în conformitate cu EN 62305, Nivelul de protecție III (Raza sferei R=45m)
Din figura 2 reiese ca în cazul unghiului de protecție de 45° o parte din nava laterală rămâne neprotejată (în figură, în afara ariei hașurate). În figura 3 este ilustrată aria de protecție (aria hașurată cu verde) după metoda sferei rotitoare, în conformitate cu standardul EN 62305 pentru nivelul de protecție III. Simularea este realizată cu programul SCUT. Și în această figură este ilustrat faptul că paratrăsnetul de pe turn nu protejează nava laterală a bisericii.
Exemplul ariei de protecție pentru două case de mărime egală: casa din stânga are instalată o instalație de paratrăsnet, în timp ce casa din dreapta nu are instalație de paratrăsnet. Casele se află la o distanță de 15 m una față de cealaltă.
În figura 4 și figura 5 observăm că de fapt doar casa pe care se află instalația de paratrăsnet este protejată împotriva loviturilor trăsnetelor, în timp ce casa din dreapta nu este protejată.
Fig. 4 : Unghiul de protecție 45°
Fig. 5 : Aria de protecție în conformitate cu EN 62305, Nivelul de protecție III (Raza sferei R=45m)
Din exemplele expuse reiese că în multe cazuri instalația de paratrăsnet de pe turnul de biserică nu protejează nici măcar nava laterală a bisericii, cu atât mai puțin întregul sat; același lucru este valabil și în cazul caselor vecine, în care numai una dintre case are instalație de paratrăsnet.
Software-ul SCUT: proiectare computerizată a instalației de paratrăsnet pentru protecția împotriva trăsnetelor (interfață în limba română).
Mai multe informații găsiți pe site-ul:
www.hermi.paratrasnet.ro
