Wyładowania atmosferyczne, potocznie zwane piorunami, stanowią poważne zagrożenie dla ludzi, budynków i infrastruktury. Ich niszczycielska moc, sięgająca setek milionów woltów i tysięcy amperów może w ułamku sekundy doprowadzić do tragicznych skutków, takich jak pożary, uszkodzenia instalacji elektrycznych czy nawet utrata życia. Dlatego tak ważne jest zabezpieczenie się przed tym niebezpiecznym zjawiskiem za pomocą odpowiednich systemów ochrony odgromowej. Pytanie, czy piorunochron to niezbędny element ochrony budynku, czy może zbędna inwestycja nie powinno rodzić dylematów. W niniejszym artykule przybliżymy zasady działania tego doskonałego wynalazku.
Kto wynalazł piorunochron? Kilka słów o historii
Wynalazca piorunochronu to Benjamin Franklin, wybitny amerykański uczony, pisarz i dyplomata żyjący w XVIII wieku. W 1752 roku przeprowadził on słynny eksperyment z latawcem, udowadniając elektryczną naturę piorunów. To przełomowe odkrycie zainspirowało Franklina do opracowania zasad działania i konstrukcji urządzenia, które mogłoby chronić budynki przed uderzeniami błyskawic. Wynalazek ten składał się z metalowego pręta umieszczonego na dachu budynku, który był połączony przewodnikiem z ziemią. Pierwszą instalację odgromową zainstalowano w 1760 roku w Filadelfii na domu samego wynalazcy, a wkrótce potem piorunochron zaczął rozpowszechniać się na całym świecie, w tym w Polsce.
Koncepcja ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi istniała co prawda już w starożytności, jednak to Franklin jako pierwszy opracował naukowe podstawy i praktyczne rozwiązanie w postaci piorunochronu. Jego wynalazek na stałe zapisał się w historii jako jedno z najważniejszych osiągnięć naukowych i technicznych XVIII wieku. Franklin słono zapłacił za to krytyką Kościoła, który w tamtych czasach miał niemałe wpływy w państwie.
Jak jest zbudowany piorunochron?
Aby zrozumieć zasady działania piorunochronu, konieczne jest poznanie jego budowy oraz funkcji poszczególnych elementów:
- Pręty odgromowe, zwane również zwodami – są pierwszym elementem, który przechwytuje wyładowanie atmosferyczne. Pręty te są wykonane z przewodzącego metalu, takiego jak miedź lub aluminium, i umieszczane na najwyższych punktach budynku, takich jak dachy, wieże czy kominy. Pręty te mają na celu zminimalizowanie ryzyka bezpośredniego uderzenia pioruna w budynek, kierując energię wyładowania w stronę przewodów odprowadzających.
- Przewody odprowadzające – Służą one do przewodzenia prądu z prętów odgromowych do systemu uziemienia. Są zazwyczaj prowadzone wzdłuż ścian budynku, w sposób minimalizujący ich widoczność i ryzyko uszkodzeń mechanicznych.
- Złącze pobiercze – to dedykowany zacisk służący do łączenia przewodu odprowadzającego z przewodem uziemiającym.
- System uziemienia – składa się z metalowych prętów lub płyt zakopanych w ziemi, które mają na celu rozproszenie energii na dużym obszarze.
Jak działa piorunochron? Mechanizm ochrony odgromowej
Działanie piorunochronu opiera się na podstawowych zasadach fizyki i elektryki. Główna idea polega na przechwyceniu wyładowania atmosferycznego i bezpiecznym odprowadzeniu go do ziemi, z pominięciem części budynku, które mogłyby ulec uszkodzeniu. Proces ten można podzielić na kilka etapów:
- Przechwycenie wyładowania – piorunochron, składający się z metalowego pręta lub sieci przewodników, jest pierwszym punktem kontaktu dla pioruna. Pręty te są umieszczane na najwyższych punktach budynków, aby zwiększyć szansę przechwycenia wyładowania.
- Przewodzenie prądu – po przechwyceniu wyładowania, energia jest prowadzona przez system przewodników w dół budynku. Przewody te są wykonane z materiałów o niskiej oporności elektrycznej, takich jak miedź czy aluminium, aby zminimalizować straty energii i uniknąć przegrzania.
- Uziemienie – umożliwia bezpieczne odprowadzenie prądu do ziemi, zapobiegając jego gromadzeniu się w konstrukcjach budynków lub urządzeniach elektrycznych.
Piorunochron na dachu – jak go zamontować?
Prawidłowy montaż piorunochronu na dachu wymaga rozmieszczenia zwodów w taki sposób, aby zapewnić pełne pokrycie chronionej powierzchni, z zachowaniem odpowiedniego rozstawu zgodnego z normami. Zwody muszą być połączone z uziemieniem za pomocą co najmniej dwóch grubych przewodów odprowadzających, rozmieszczonych po przekątnej rzutu dachu i poprowadzonych możliwie najkrótszą drogą. Równie ważne jest prawidłowe wykonanie uziemienia, zapewniającego bezpieczne rozproszenie prądu w gruncie oraz zamontowanie złączy probierczych na wysokości 0,3-1,8 m.
Montaż piorunochronu wymaga specjalistycznej wiedzy i doświadczenia, dlatego zaleca się zlecenie tej pracy wykwalifikowanym instalatorom lub firmom zajmującym się profesjonalnym wykonawstwem instalacji odgromowych. Nieprawidłowy montaż lub użycie niewłaściwych materiałów może znacząco obniżyć skuteczność ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi, narażając budynek i jego mieszkańców na niebezpieczeństwo.
Różne rodzaje piorunochronów
Od wynalazku Franklina minęło wiele lat, a technika i technologia poszły daleko do przodu. Nie powinno więc dziwić, że zaczęto poszukiwać nowych sposobów ochrony odgromowej. Obecnie wyróżnić można następujące rodzaje piorunochronów:
- piorunochron tradycyjny (zwodowy) – od setek lat niezawodny i najbardziej rozpowszechniony typ instalacji odgromowej. Zasada jego działania została opisana powyżej.
- piorunochron aktywny (jonizacyjny) – Jest to nowocześniejszy rodzaj instalacji odgromowej, w którym tradycyjne zwody zastąpione są masztami ze specjalnymi głowicami jonizacyjnymi. Głowice te wykorzystują zjawisko jonizacji powietrza, co ma inicjować wyładowanie w kontrolowany sposób i zwiększać zasięg ochrony w porównaniu z piorunochronami tradycyjnymi. Piorunochrony aktywne są rozwiązaniem nowszym i droższym, a według niektórych producentów mają być bardziej efektywne. Jednak ich skuteczność jest kwestionowana przez część specjalistów ze względu na brak spełnienia wymagań norm serii PN-EN 62305 dotyczących ochrony odgromowej.
- piorunochron laserowy – to innowacyjna technologia ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi, która wykorzystuje wiązkę lasera o dużej mocy do sterowania i odprowadzania uderzeń piorunów. Badania nad jego skutecznością wciąż trwają. Piorunochron laserowy stanowi obiecującą alternatywę dla tradycyjnych systemów ochrony odgromowej i może zrewolucjonizować aktualne rozwiązania.
Po więcej ciekawostek ze świata elektryki zapraszamy na elektroinfo.pl.