Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ: ΣΤΕΦ ΤΜΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

1 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ: ΣΤΕΦ ΤΜΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ: ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ: ΚΟΥΡΟΥΤΖΙΔΗΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2012

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΕΛΙΔΑ 1. α) ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ 5 1.1 Εισαγωγή Ιστορικό..5 1.2 Η δημιουργία της καταιγίδας και των ηλεκτρικών φορτίων από αυτή..6 1.3 Η συχνότητα των καταιγίδων 8 1.4 β) Ατμοσφαιρικά φαινόμενα.10 1.5 Ο μηχανισμός εκκενώσεως του κεραυνού..12 1.6 Μορφή και μέγεθος του ρεύματος των κεραυνών 15 2. α) ΑΝΑΓΚΗ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ 17 2.1 Κανονισμοί..17 2.2 Εξωτερική και Εσωτερική Προστασία.18 2.3 Προστασία της ανθρώπινης ζωής.20 2.4 Προστασία κτιρίων..22 2.5 Τρόπος υπολογισμού κινδύνου ζημίας από κεραυνό 22 2.6 Προστασία ηλεκτρικών εγκαταστάσεων..24 β) ΕΠΑΚΟΛΟΥΘΑ ΤΗΣ ΠΤΩΣΕΩΣ ΤΩΝ ΚΕΡΑΥΝΩΝ..25 2.7 Η βροντή.25 2.8 Συνέπειες της πτώσεως των κεραυνών.26

3 2.9 Ηλεκτροδυναμικά φαινόμενα.27 2.10 Ηλεκτροχημικές δράσεις..29 3. α) ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΑ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ 30 3.1 Ταξινόμηση αντικεραυνικών συστημάτων..30 3.2 Συλλεκτήρια συστήματα κεραυνών..32 3.3 Πρόσθετα στοιχεία σχετικά με την αποτελεσματικότητα της προστασίας, ραδιενεργές ουσίες.43 3.4 Συλλεκτήριες εγκαταστάσεις πάνω σε κτίρια 46 3.5 Συλλεκτήριες εγκαταστάσεις μονωμένες από τις λοιπές εγκαταστάσεις..53 3.6 Απαγωγοί ή αγωγοί καθόδου..56 3.7 Εγκαταστάσεις σε κτίρια..57 3.8 Συστήματα γειωτών.59 3.9 Κατάλληλες γειώσεις 60 3.10 Κατάλληλοι γειωτές..60 ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ 1 Ο Προσγειωμένη μεταλλική ακίδα ή μεταλλικός στύλος (Αλεξικέραυνο Franklin) 63 2 Ο Προστασία κτιρίων με σύστημα κλωβού 68 3 Ο Αντικεραυνική προστασία με απωθητές κεραυνών 93 4 Ο Αλεξικέραυνα Απωθητές Lightning Repellers 102 5 Ο Αλεξικέραυνο κρυστάλλων Zirco Titanate (ZT) Διάσπασης κεραυνού με προστασία δύο διαστάσεων 111

4 6 Ο Αλεξικέραυνο ατμοσφαιρικής τάσεως τύπου Pulsar του οίκου Helita Τεχνική περιγραφή 118 7 Ο Αλεξικέραυνα ατμοσφαιρικών υπερτάσεων και NEMP 123 4. ΕΙΔΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ.136 4.1. Κτίρια μεγάλου ύψους..136 4.2. Εκκλησίες και μνημεία..143 4.3. Γήπεδα και δημόσιοι λεωφόροι.146 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 163

5 1. α) ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ 1.1 Εισαγωγή Ιστορικό Στην προσπάθεια του ο άνθρωπος να δαμάσει το βίαιο φαινόμενο της κρουστικής εκκένωσης ηλεκτροστατικών φορτίων συγκεντρωμένων στα σύννεφα των καταιγίδων, δηλαδή τον κεραυνό, επινόησε επιστημονικές λύσεις προστασίας, που λόγω θρησκευτικών μεσαιωνικών προκαταλήψεων υλοποιήθηκαν μεταγενέστερα (ΤΕΕ, σελ. 25) Η εμπειρία διδάσκει πως ο κεραυνός είναι ένα καταστρεπτικό φυσικό φαινόμενο. Από πολύ παλιά προκαλούσε δέος στους ανθρώπους και αντιμετωπιζόταν σαν θεία οργή. Σύμφωνα με γνωστές σε μας τους Έλληνες δοξασίες, ο κεραυνός παραγόταν στο εργαστήρι του Πλούτωνα και παραδινόταν στο Δία για να τιμωρεί τους ατακτούντες. Η δεισιδαίμονα αντίληψη περί κεραυνού διατηρήθηκε μέχρι τις αρχές του 18ου αιώνα, οπότε άρχισαν να διατυπώνονται οι πρώτες θεωρίες για την ηλεκτρική φύση του φαινομένου. Στο Μεσαίωνα, για να αντιμετωπιστούν οι κίνδυνοι από τους κεραυνούς ήταν συνήθεια να χτυπούν τις καμπάνες. Το μέτρο αυτό, όσο κι αν φαίνεται αφελές, σίγουρα υπαγορεύτηκε από την παρατήρηση πως υψηλά κωδωνοστάσια πλήττονταν συχνότερα από κεραυνούς προσφέροντας έτσι κάποια προστασία στην περί αυτά περιοχή (ΤΕΕ, σελ. 90) Η πρώτη εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας πραγματοποιήθηκε το 1752 στη Φιλαδέλφεια των ΗΠΑ και βασίστηκε στη θεωρία της γειωμένης ράβδου του Franklin. Το 1984 ο Βέλγος φυσικός MELSENS ανακοίνωσε τη δημιουργία αλεξικέραυνου βασισμένου στην αρχή του κλωβού Faraday. Η μεγάλη αυτή τεχνολογική

6 ανακάλυψη θεωρείται και σήμερα μια από τις περισσότερο παραδεκτές επιστημονικές λύσεις για την αντικεραυνική προστασία. Το 1930 ο Γάλλος φυσικός Dausere, σε συνδυασμό με σχετικές έρευνες του Ούγγρου φυσικού Leo Szillard (Ακαδημία Επιστημών, 1914) ανακάλυψε το αλεξικέραυνο ιονισμού, βασισμένο στην εκπομπή φορτισμένων σωματιδίων των ραδιενεργών υλικών τοποθετημένων στην ακίδα του αλεξικέραυνου τύπου Franklin. Πολλές άλλες παραλλαγές ή μέθοδοι προστασίας έχουν κατά καιρούς προταθεί και στηρίζονται στις θεωρίες Wilson, Simpson στις μετρήσεις Muller, Baatz και άλλων (ΤΕΕ, σελ. 25). Κεραυνός ονομάζεται μια εκκένωση ανάμεσα σε ένα νέφος και τη γη σε αντιδιαστολή με τις εκκενώσεις ανάμεσα σε δύο θύλακες ετερόσημου φορτίου του ίδιου ή γειτονικών νεφών. Οι τελευταίες είναι χωρίς ιδιαίτερη σημασία, εκτός από τις ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές που δημιουργούν, που και αυτές είναι συχνά ανεπιθύμητες ή και κρίσιμες (ΤΕΕ, σελ.90). 1.2 Η δημιουργία της καταιγίδας και των ηλεκτρικών φορτίων από αυτή Απαραίτητες προϋποθέσεις για τη δημιουργία μιας καταιγίδας είναι τα ανοδικά ρεύματα και η υγρασία. Μόνο όταν συνυπάρξουν οι δύο αυτοί παράγοντες σε κατάλληλη ποσότητα και αναλογία έχουμε καταιγίδα με επακόλουθα ισχυρές ηλεκτρικές εκκενώσεις. Τα ανοδικά ρεύματα είναι η πρώτη προϋπόθεση. Τέτοια ρεύματα δημιουργούνται κατά διάφορους τρόπους. Το καλοκαίρι, π.χ., η επιφάνεια του εδάφους που θερμαίνεται μεταδίδει ένα μέρος της στο κατώτερο στρώμα του αέρα. Ο αέρας αυτός διαστέλλεται, γίνεται ελαφρότερος, και ανεβαίνει στα ψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Έτσι, δημιουργούνται ανοδικά ρεύματα, τα οποία

7 εύκολα αναγνωρίζονται, επειδή σχηματίζουν σύννεφα τύπου σωρείτη ή σωρειτομελανία. Άλλος τρόπος δημιουργίας ανοδικών ρευμάτων είναι η εισβολή ψυχρού ανέμου μέσα σε όγκο ζεστού αέρα, ο οποίος εξαναγκάζεται σε άνοδο. Η δεύτερη προϋπόθεση είναι η υγρασία. Υγρασία δημιουργείται με συνεχή εξάτμιση νερού που ευρίσκεται στην επιφάνεια της γης. Ο ζεστός αέρας που ανέρχεται με ανοδικό ρεύμα στα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας ψύχεται, (η θερμοκρασιακή πτώση είναι ευθύγραμμη συνάρτηση του ύψους), έτσι αυξάνεται η σχετική υγρασία. Υπάρχει λοιπόν κάποιο ύψος, όπου η κατάσταση του αέρα έχει φθάσει το σημείο δρόσου (ύψος συμπυκνώσεως). Από την επίδραση δε άλλων παραγόντων, όπως θερμοκρασία και ταχύτητα ανέμου, εξαρτάται ο σχηματισμός νέφους καταιγίδας, δημιουργία βροχής ή χάλαζας. Οι καταιγίδες διακρίνονται κυρίως σε καταιγίδες θερμότητας ή θερμικές και σε υφεσιακές ή κυκλωνικές. Οι πρώτες συμβαίνουν κυρίως κατά τους θερινούς μήνες πάνω από θερμές περιοχές και οφείλονται στην αστάθεια της ατμόσφαιρας, εξαιτίας των δημιουργούμενων ανοδικών ρευμάτων, οι δε κυκλωνικές είναι συνέπεια των υφέσεων ή κυκλώνων και παρατηρούνται σε μέρη όπου λαμβάνουν χώρα ταχείες ανοδικές κινήσεις όπως π.χ. στα εμπρόσθια μέρη ψυχρών μετώπων. Οι καταιγίδες θερμότητας έχουν συνήθως μικρή έκταση και δημιουργούνται πάνω από ηπείρους και κυρίως σε θερμές περιοχές (τροπικές). Οι κυκλωνικές καταιγίδες έχουν συνήθως μεγάλη έκταση, επειδή συνοδεύουν κυκλώνες σε μεγάλα τμήματα της τροχιάς τους. Ηλεκτρικά φορτία στα σύννεφα δημιουργούνται ή δια της τριβής των εσωτερικών ρευμάτων ή δια της τριβής των σταγονιδίων βροχής, χιονιού ή χάλαζας που πέφτουν μέσα στο νέφος. Η εικόνα 1 δείχνει ένα τυπικό παράδειγμα φορτισμένου νέφους, όπου πάνω σε αυτό φαίνονται η διανομή της θερμοκρασίας και των ηλεκτρικών φορτίων. Το κάτω μέρος του νέφους είναι σχεδόν ολόκληρο, φορτισμένο αρνητικά γι αυτό κατά τους περισσότερους κεραυνούς μεταφέρεται αρνητικό φορτίο από τα νέφη προς τη γη. Η απόσταση της βάσεως των νεφών από το έδαφος κυμαίνεται από 0,5 έως 2 Km, η δε διάμετρος του κυμαίνεται από 4 έως 10 Km (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 9-11).

8 Σχήμα 1. Σχηματική διανομή ηλεκτρικών φορτίων και θερμοκρασίας πάνω σε νέφος καταιγίδας 1.3 Η συχνότητα των καταιγίδων Η συχνότητα των καταιγίδων μετριέται σε ημέρες καταιγίδων το χρόνο. Υπολογίζεται ότι κάθε χρόνο λαμβάνουν χώρα πάνω στην επιφάνεια της γης 15.000.000 καταιγίδες και ότι ο αριθμός των ηλεκτρικών εκκενώσεων μεταξύ νεφών (αστραπές) ή μεταξύ νεφών και γης (κεραυνοί) ανέρχεται στην υφήλιο σε 50 το δευτερόλεπτο. Η πυκνότητα των καταιγίδων δεν είναι η ίδια σε όλα τα μέρη της γης, εξαρτάται δε από το γεωγραφικό πλάτος, το είδος της επιφάνειας της γης (ξηρά, θάλασσα, νησιά) ή τη μορφής εδάφους (πεδιάδα, βουνό, οροπέδιο). Στη Florida των ΗΠΑ π.χ. η πυκνότητα των καταιγίδων φθάνει τις 90 ημέρες το χρόνο, σε αρκετές δε περιοχές της Ευρώπης περνά τις 30. Στην Ελλάδα, φθάνει και τις 50.

9 Η πιθανότητα εμφανίσεως μιας καταιγίδας π.χ. για την κεντρική Ευρώπη κατά τη διάρκεια του χρόνου, καθώς και κατά τη διάρκεια μιας ημέρας μεταβάλλεται όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Έτσι, η μεγαλύτερη πιθανότητα εμφανίζεται τους καλοκαιρινούς μήνες κατά τις μεσημβρινές ώρες. Σε χώρες όπως η δική μας, τα μέγιστα αυτά μετατίθενται κατά τις απογευματινές ώρες και κυρίως κατά την άνοιξη και το φθινόπωρο (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 10-11).

10 Σχήμα 2. Μεταβολή της συχνότητας καταιγίδων κατά τη διάρκεια της ημέρας (επάνω) και κατά τη διάρκεια του έτους (κάτω) 1.4 β) Ατμοσφαιρικά φαινόμενα Το ατμοσφαιρικό ηλεκτρικό πεδίο και οι μεταβολές του Η ατμόσφαιρα παρουσιάζει μια μικρή αγωγιμότητα που οφείλεται στην ύπαρξη ιόντων μέσα σ αυτήν. Ο ιονισμός αυτός προκαλείται είτε από την υπεριώδη ακτινοβολία του ηλίου, είτε από την κοσμική ακτινοβολία, είτε από ηλεκτρικά φαινόμενα, είτε από την ύπαρξη ραδιενεργών ουσιών που ευρίσκονται μέσα στο έδαφος. Από τα ιόντα αυτά, τα αρνητικά σαν πιο ευκίνητα διαχέονται γρηγορότερα προς το έδαφος με τη βοήθεια των σταγόνων της βροχής (όπως έχει παρατηρηθεί, η συμπύκνωση υδρατμών λαμβάνει χώρα πρώτα γύρω από τα αρνητικά ιόντα).

11 Έτσι, έχουμε τη δημιουργία του ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού πεδίου, του οποίου η ένταση πάνω στο έδαφος σε περίπτωση καλοκαιρίας είναι της τάξης των 100 V/m με διεύθυνση από τα άνω προς τα κάτω. Ο χώρος που περικλείεται μεταξύ νέφους και εδάφους, μπορεί να παρασταθεί με ένα ηλεκτρικό δίπολο, το οποίο θεωρούμε ότι μετακινείται μαζί με την καταιγίδα. Μετρήσεις του ηλεκτρικού πεδίου πάνω στο έδαφος κατά το πέρασμα του ηλεκτρικού δίπολου της καταιγίδας κοντά στο Λονδίνο, έδειξαν ότι τούτο μεταβάλλεται όπως στο σχήμα 3. Όταν πλησιάζει το δίπολο της καταιγίδας, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου αυξάνει από 9 KV/m έως 12 KV/m σπάνια δε και μέχρι 20 KV/m. Σχήμα 3. Μεταβολή της εντάσεως του ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού πεδίου κατά τη διέλευση του δίπολου της καταιγίδας Η διαφορά δυναμικού μεταξύ νέφους και εδάφους μπορεί να φθάσει από 10MV μέχρι 1000MV, τα δε ηλεκτρικά φορτία που διοχετεύονται με τους κεραυνούς

12 ποικίλλουν από 1 μέχρι 400 cb, συνήθως όμως, είναι από 4 μέχρι 30 cb. Οι τάσεις μεταξύ νεφών είναι πολύ μεγαλύτερες. Έτσι έχουν εκτιμηθεί τάσεις της τάξεως των 6000MV, οι οποίες είναι οι μεγαλύτερες που έχουν εμφανιστεί στον πλανήτη μας (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 12). 1.5 Ο μηχανισμός εκκενώσεως του κεραυνού Βασικά υπάρχουν δύο τύποι κεραυνού. Ο γραμμικός, ο οποίος είναι και ο πιο συνηθισμένος και ο σφαιρικός για τη φύση του οποίου τίποτε δεν είναι γνωστό ακόμα. Οι σφαιρικοί κεραυνοί εμφανίζονται με μορφή σφαιρικής μάζας αερίων διαμέτρου περί τα 20 εκατοστά του μέτρου, είναι τις περισσότερες φορές ακίνδυνοι για τον άνθρωπο, προκαλούν μόνο υλικές ζημιές μεγάλης εκτάσεως. Ο πιο συνηθισμένος τύπος κεραυνού είναι ο γραμμικός. Η εκκένωση αυτή, η οποία ονομάζεται και ολισθαίνουσα εκκένωση έχει την ιδιότητα ότι, για τον αρχικό σχηματισμό της αρκεί μια τιμή εντάσεως ηλεκτρικού πεδίου από 8 μέχρι 10 KV/m. Όταν λοιπόν η τιμή της περιοδικής εντάσεως σε ένα σημείο του νέφους υπερβεί μερικά KV/m τότε ξεπηδά από το νέφος ένας οχετός που προχωρεί προς τη γη με ταχύτητα 20.000 Km/sec. Ο οχετός αυτός που ονομάζεται αρχικός οχετός έχει χρώμα ιώδες, κεφαλή λαμπρή με χρώμα κυανόλευκο και κατά κανόνα διακλαδίζεται σε άλλους μικρότερους οχετούς (σχήμα 4). Αφού ο αρχικός οχετός διατρέξει μια απόσταση από 10 έως 100m σταματά. Μετά από 30 έως 90 μικροδευτερόλεπτα, νέο φορτίο που ακολουθεί το δρόμο του πρώτου οχετού, προχωρεί προς τη γη με την ίδια ταχύτητα, όπου πάλι σε απόσταση μέχρι 100m σταματά. Έτσι, το φαινόμενο συνεχίζεται και ο οχετός προχωρεί προς τη γη με μέση ταχύτητα 1500 Km/sec.

13 Σχήμα 4. Σχηματισμός του αρχικού οχετού Ο λόγος της κατά βήματα προόδου του οχετού φαίνεται ότι οφείλεται στο γεγονός ότι η κεφαλή του οχετού με το αρνητικό της φορτίο εκμηδενίζει το ηλεκτρικό πεδίο έτσι ώστε να γίνεται αδύνατος ο παρακάτω ιονισμός, κυρίως δε στο γεγονός ότι εξαιτίας της μεγάλης ταχύτητας προόδου του οχετού, το νέφος αδυνατεί να δώσει τα απαραίτητα ηλεκτρικά φορτία γι αυτή την πρόοδο. Όταν ο οχετός που κατευθύνεται προς τη γη, ο οποίος λέγεται επίσης και οδηγός οχετός ή οχετός προεκκενώσεως, φτάσει σε μικρή απόσταση από το έδαφος, αναχωρεί από το έδαφος, κατά προτίμηση από μια φυσική ή τεχνητή έξαρση, ένας άλλος οχετός, ο οποίος κατευθύνεται προς συνάντηση του πρώτου. Τότε ακολουθεί η κύρια εκκένωση κατά την οποία ηλεκτρικό φορτίο από το έδαφος, τείνει να εξουδετερώσει ολόκληρο το φορτίο που αναχώρησε από το νέφος.

14 Σχήμα 5. Σχηματισμός του οδηγού οχετού και του οχετού επιστροφής Η τελευταία αυτή εκκένωση αποτελεί τον οχετό επιστροφής. Η ταχύτητα προόδου του οχετού επιστροφής είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από την ταχύτητα του οδηγού οχετού και είναι της τάξης των 100.000 Km/sec, δηλαδή ίση προς το 1/3 της ταχύτητας του φωτός (Σχήμα 5). Η κυρία εκκένωση συνοδεύεται και από άλλο φαινόμενο, το φαινόμενο της βροντής, το οποίο θα εξηγηθεί παρακάτω. Μετά την κύρια εκκένωση, άλλα φορτία που βρίσκονται μέσα στο νέφος, αλλά σχετικά μακριά από το σημείο της δημιουργίας του αρχικού οχετού, φθάνουν εκεί αργότερα και περνούν από την αγώγιμη οδό της κυρίας εκκενώσεως. Το ρεύμα αυτό είναι το πιο επικίνδυνο και προκαλεί τις περισσότερες υλικές ζημιές, εξαιτίας μεγάλης ενέργειας που περιέχει. Μετά την πρώτη εκκένωση, σχηματίζονται πολλές φορές μέσα στο νέφος νέοι αγώγιμοι δρόμοι που συνδέουν το σημείο σχηματισμού του αρχικού οχετού με άλλα φορτία μέσα στο νέφος. Ακολουθούν έτσι νέες εκκενώσεις συνολικής διάρκειας 1 sec. Οι εκκενώσεις αυτές είναι από μία μέχρι δεκαπέντε, συνήθως όμως είναι από τέσσερις έως πέντε.

15 Έχουν σημειωθεί περιπτώσεις όπου το φαινόμενο της εκκενώσεως μεταξύ νέφους και εδάφους έχει λάβει χώρα κατ αντίστροφη φορά, δηλαδή ο αρχικός οχετός ξεκινά από το έδαφος και πηγαίνει προς το νέφος. Το φαινόμενο αυτό έχει παρατηρηθεί σε πολύ ψηλά κτίρια όπως το Empire State Building της Νέας Υόρκης, ο Πύργος του Eiffel στο Παρίσι και σε πολύ ψηλά βουνά, πλην όμως κατά τα άλλα το φαινόμενο παραμένει το ίδιο. Η μορφή του εδάφους δεν ασκεί καμία επίδραση στη δημιουργία του αρχικού οχετού. Μόνο όταν ο οδηγός οχετός φθάσει κοντά στο έδαφος, ξεπηδά κατά κανόνα από μια φυσική ή τεχνητή έξαρση ένας δεύτερος οχετός, ο οχετός επιστροφής, ο οποίος πάει να συναντήσει τον πρώτο, όταν δεν πραγματοποιηθεί η συνάντηση αυτή λαμβάνει χώρα η κύρια εκκένωση. Γι αυτό τον λόγο επιζητούμε πάντοτε να δημιουργήσουμε τεχνητές εξάρσεις για να προκαθορίσουμε το σημείο πτώσεως του κεραυνού (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 13-15). 1.6 Μορφή και μέγεθος του ρεύματος των κεραυνών Το ρεύμα της κύριας εκκενώσεως του κεραυνού έχει τη μορφή μιας απεριοδικής ταλάντωσης, δηλαδή μοιάζει με ένα κρουστικό ρεύμα. Τυπική μορφή της μεταβολής ενός κρουστικού ρεύματος φαίνεται στο σχήμα 6. Ενώ το ρεύμα του οδηγού οχετού είναι της τάξεως των μερικών amperes, η μέγιστη τιμή του ρεύματος της κύριας εκκενώσεως παίρνει μεγάλες τιμές. Έτσι έχει μετρηθεί ένταση ρεύματος 200ΚΑ και πιθανολογείται ότι έχουν υπάρξει κεραυνοί 500ΚΑ. Κατά κανόνα οι εντάσεις ρεύματος των κεραυνών είναι κάτω από 20ΚΑ. Τα 85% των περιπτώσεων παρουσιάζουν ρεύματα κάτω από 60ΚΑ. Τα δευτερεύοντα ρεύματα διαρκούν μερικά δέκατα του δευτερολέπτου με εντάσεις συνήθως από 20 έως 100ΚΑ (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 15).

16 Σχήμα 6. Τυπική μορφή μεταβολής κρουστικού ρεύματος

17 2. α) ΑΝΑΓΚΗ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ 2.1 Κανονισμοί Η αντικεραυνική προστασία διέπεται από διάφορα διεθνή πρότυπα. Λεπτομερείς κανονισμοί είναι οι γερμανικοί VDE 0185/78, ενώ τα υλικά αντικεραυνικής προστασίας διέπονται από τους κανονισμούς DIN 48852. Αυτοί οι κανονισμοί έχουν εφαρμοσθεί με επιτυχία και στη χώρα μας. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι εθνικοί κανονισμοί π.χ. οι Αγγλικοί Cp 326, Ολλανδικοί, καθώς και οι κανονισμοί της International Electrotechnical Commission (IEC) που είναι οι IEC Publ 1024 και εκδόθηκαν από τη επιτροπή IEC-TC 81. Το 1990 ο ΕΛΟΤ εξέδωσε μέρος του IEC κανονισμού σαν πρότυπο ΕΛΟΤ-1197. Στην Ευρωπαϊκή Κοινότητα, η επιτροπή CENELEC εκδίδει έγγραφα (όπως το S 030) σχετικά με την αντικεραυνική προστασία, για λόγους κυρίως εναρμονισμού των διαφόρων εθνικών κανονισμών. Σ αυτό το σημείο πρέπει να λεχθεί ότι συστηματική εργασία πάνω στην αντικεραυνική προστασία σε ηλεκτρικά δίκτυα έχει να παρουσιάσει η επιτροπή CIGRE 33. Στην Ελλάδα γίνονται συχνά αναφορές στις οδηγίες της γερμανικής επιτροπής αντικεραυνικής προστασίας ΑΒΒ. Αυτές οι οδηγίες καλύπτονται όμως από τους κανονισμούς VDE 0185. Ωστόσο, επειδή η αντικεραυνική προστασία είναι αρκετά πολύπλοκο αντικείμενο και ανεπαρκώς διερευνηθέν, κανένας κανονισμός δεν εγγυάται απόλυτη επιτυχία με λογικό κόστος. Ο χρήστης των εγκαταστάσεων και ο τεχνικός του σύμβουλος μπορεί να απαιτήσει από τον μελετητή της αντικεραυνικής προστασίας να εφαρμόσει ένα συγκεκριμένο κανονισμό ή συνδυασμό κανονισμών που κατά τη γνώμη του είναι αποδοτικότερος (ΝΤΟΚ/ΛΟΣ, σελ. 578-579).

18 2.2 Εξωτερική και Εσωτερική Προστασία Δεν μπορεί να αποφευχθεί η πτώση των κεραυνών και έτσι το μόνο που κάνει κανείς για την προστασία του, είναι το να οδηγήσει ελεγχόμενα το ρεύμα της εκκένωσης στο έδαφος με μεταλλικούς αγωγούς και ακολούθως να μειώσει τις υπερτάσεις που δημιουργούνται με διάφορα μέσα. Η αντικεραυνική προστασία αποτελείται από δύο ενότητες, την εξωτερική και την εσωτερική προστασία. Εξωτερική προστασία. Σκοπός της είναι να οδηγηθεί η εκκένωση του κεραυνού μακριά από το υπό προστασία αντικείμενο σε ορισμένα σημεία, όπως σε μεταλλικές ράβδους, τεντωμένα συρματόσχοινα, μεταλλικούς κλωβούς και ακολούθως το ρεύμα να περάσει ελεγχόμενα στο έδαφος μέσω μιας εγκατάστασης γείωσης. Δηλαδή, έχουμε ηλεκτρόδια που έλκουν την εκκένωση πάνω τους, τα αλεξικέραυνα ράβδου, συρματόσχοινων ή κλωβού, λέγονται και συλλεκτήρια εγκατάστασης κεραυνών. Ακολούθως έχουμε πολλούς αγωγούς π.χ. χαλύβδινους 100 mm 2 διατομής ή χάλκινους 50 mm 2 διατομής, τους αγωγούς καθόδου, που συνδέουν τα ηλεκτρόδια έλξης κεραυνού με γειωτές, τη λεγόμενη εγκατάσταση γειωτών της αντικεραυνικής προστασίας. Εσωτερική προστασία. Αυτή γίνεται για να προστατευθούν αντικείμενα από υπερτάσεις που προκαλούν οι κεραυνοί. Συνιστάται από μια σειρά μέτρων που λαμβάνει κανείς ανεξάρτητα του εάν έχει εγκατασταθεί εξωτερική προστασία ή όχι. Τα μέτρα που παίρνει κανείς θα εξετασθούν με λεπτομέρειες αργότερα και είναι: τήρηση ορισμένων αποστάσεων από τους αγωγούς καθόδου, εγκατάσταση απαγωγέων τάσεων (π.χ. βαρυστόρων) ή πυκνωτών ή αυτεπαγωγών στα κυκλώματα ισχύος ή στις συσκευές (ΝΤΟΚ/ΛΟΣ, σελ. 579).

19 Σχήμα 7.

20 2.3 Προστασία της ανθρώπινης ζωής Εάν ένα μέρος του ρεύματος του κεραυνού περάσει από το ανθρώπινο σώμα παρατηρούνται τα ίδια φαινόμενα, όταν το σώμα βρεθεί κάτω από διαφορά δυναμικού μιας συνηθισμένης ηλεκτρικής εγκαταστάσεως, αλλά σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό. Πιο συγκεκριμένα κατά το ατύχημα της κεραυνοπληξίας παρατηρούνται, σοβαρές οργανικές ανωμαλίες όπως καρδιακή μαρμαρυγή, απώλεια αισθήσεων, στάση της καρδιάς, shock με νευρική παράλυση, βαριά εγκαύματα κ.λ.π. Στην περίπτωση που το ατύχημα της κεραυνοπληξίας δεν έχει θανατηφόρο αποτέλεσμα εμφανίζονται κατά κανόνα παραλύσεις νεύρων ή μυών χωρίς παρενέργειες, μέσα σε μερικές ώρες ή το πολύ μέσα σε μερικές μέρες επανέρχεται η φυσιολογική τους λειτουργία. Επικίνδυνη είναι επίσης η παρουσία ατόμου σε μέρος όπου κοντά πέφτει κεραυνός και αυτό γιατί το σώμα με την εκκένωση χάνει ξαφνικά το ηλεκτρικό φορτίο που είχε πάρει από επαγωγή από το νέφος, αλλά κυρίως, διότι η βηματική τάση που αναπτύσσεται μπορεί να πάρει μεγάλες τιμές. Σε κλειστούς χώρους ο άνθρωπος είναι κατά μεγάλο ποσοστό εξασφαλισμένος όταν το κτίσμα έχει καλή αντικεραυνική προστασία. Στο ύπαιθρο υπάρχει κίνδυνος όταν σε ώρα καταιγίδας σταθεί κανείς όρθιος σε ανοικτό πεδίο, εξαιτίας της αυξημένης πεδιακής αντιστάσεως που δημιουργείται πάνω από το σώμα του. Επικίνδυνη είναι επίσης και η παραμονή ατόμων κοντά σε δέντρα ή ψηλούς τοίχους, όπου κατά την κακοκαιρία τα άτομα καταφεύγουν για να προφυλαχθούν από τη βροχή. Οι τοίχοι είναι επικίνδυνοι γιατί είναι δυνατό κάπου κοντά να υπάρχει γείωση αλεξικέραυνου. Πρακτικά βρίσκεται κανείς σε ασφάλεια σε απόσταση 30m από το σημείο εισόδου του κεραυνού στη γη. Επίσης, όταν κανείς στέκεται σε ώρα κακοκαιρίας πρέπει να έχει τα πόδια του κλειστά, για να αποφεύγει την δημιουργία βηματικής τάσης (Βηματική τάση

21 είναι η διαφορά δυναμικού που αναπτύσσεται μεταξύ των πελμάτων, όταν αυτά απέχουν 1m μεταξύ τους, την στιγμή εισόδου του ρεύματος του κεραυνού στο έδαφος). Στην πράξη πρέπει να έχει ο καθένας υπόψη του, ότι όταν η χρονική διαφορά μεταξύ κεραυνού και βροντής είναι μικρότερη από 10 sec, τότε η καταιγίδα βρίσκεται σε απόσταση το πολύ 3Km και από την στιγμή εκείνη βρίσκεται σε περιοχή αυξημένου κινδύνου (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 21). Σχήμα 8. Κατανομή του ρεύματος (α), και της τάσης (β) κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης στο έδαφος του ρεύματος ενός κεραυνού

22 2.4 Προστασία κτιρίων Οι κίνδυνοι συνίστανται κατά κύριο λόγο, στην πρόκληση πυρκαγιών αλλά και σε εκρηκτικά φαινόμενα που οφείλονται σε απότομη ατμοποίηση ποσοτήτων νερού. Τέτοιο κίνδυνο διατρέχουν οι στέγες, οι εξώστες και οι κεφαλές των καπνοδόχων. Πυρκαγιές από κεραυνούς σημειώνονται σε αγροτικά σπίτια με ελαφρές στέγες. Στον κίνδυνο της απότομης ατμοποιήσεως νερού είναι εκτεθειμένα τα αρχαιολογικά μνημεία. Τα μνημεία αυτά, άφθονα στη χώρα μας, βρίσκονται τις περισσότερες φορές πάνω σε υψώματα. Το πρόβλημα της προστασίας των μνημείων αυτών, έγκειται στη σχεδίαση αντικεραυνικής εγκαταστάσεως αόρατης από τους επισκέπτες, το οποίο παρουσιάζει σημαντική δυσκολία. 2.5 Τρόπος υπολογισμού κινδύνου ζημίας από κεραυνό Ο τύπος: R = A + B +C +D + E +F +G δίνει το μέγεθος του κινδύνου ζωής από την πτώση κεραυνού και την αναγκαιότητα εγκαταστάσεως αντικεραυνικής προστασίας (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 21-23). Για τον υπολογισμό του ανωτέρου δίνονται τα πιο κάτω στοιχεία, που ανάλογα με την περίπτωση τίθεται ο αντίστοιχος αριθμός. Σε περίπτωση όπου το άθροισμα R είναι: 1. R < 40 δεν είναι αναγκαία η αντικεραυνική προστασία 2. R < 50 συνιστάται αντικεραυνική προστασία 3. R > 50 αντικεραυνική προστασία αναγκαία

23 Α. ΧΡΗΣΗ ΜΕΓΕΘΟΣ Α Σπίτια και κτίρια μικρών διαστάσεων 2 Ομοίως αλλά με εξωτερικούς χώρους 4 Εργοστάσια, Εργαστήρια 6 Γραφεία, Ξενοδοχεία, Πολυκατοικίες 7 Εκκλησίες, Θέατρα, Μουσεία, Αεροδρόμια 8 Σχολεία, Νοσοκομεία, Παιδικοί Σταθμοί 10 Β. ΤΥΠΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΤΙΡΙΟΥ ΜΕΓΕΘΟΣ Β Μεταλλικός σκελετός με οροφή όχι μεταλλική 1 Οπλισμένο σκυρόδεμα με οροφή όχι μεταλλική 2 Πλινθοδομή χωρίς σκυρόδεμα με οροφή όχι μεταλλική 4 Μεταλλικός σκελετός και οροφή 5 Πλινθοδομή με μεταλλική οροφή 8 Κτίριο με ξύλινη οροφή και κεραμίδια 10 C. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ ΜΕΓΕΘΟΣ C Κατοικίες, Εργοστάσια, Μηχανήματα 2 Αγροτικά προϊόντα-ξύλα κλπ. 5 Σταθμοί ενέργειας, Τηλεφωνικά κέντρα 6 Ιστορικά μνημεία, Μουσεία 8 Σχολεία, Νοσοκομεία, Καύσιμα 10 D. ΣΤΑΘΜΗ ΓΕΙΤΝΙΑΣΕΩΣ ΜΕΓΕΘΟΣ D Κτίρια γειτονεύοντα με άλλα κτίρια-δέντρα 2 Κτίριο σε αραιή περιοχή δομήσεως 5 Μεμονωμένο κτίριο 10 Ε. ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΕΔΑΦΟΥΣ ΜΕΓΕΘΟΣ Ε Πεδιάδα 2 Λόφος 6 Βουνό ως 1000m και παραλίες 8 Βουνό πάνω από 1000m 10 F. ΥΨΟΣ ΚΤΙΡΙΟΥ (ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ) ΜΕΓΕΘΟΣ F Μέχρι 9 m 2 Μέχρι 15 m 4 Μέχρι 18 m 5 Μέχρι 24 m 8 Μέχρι 30 m 11 Μέχρι 38 m 16 Μέχρι 46 m 22 Μέχρι 53 m 30 G. ΙΣΟΚΕΡΑΥΝΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΓΕΘΟΣ G Μέχρι 20 m 20 Μέχρι 24 m 24 Μέχρι 27 m 27 Μέχρι 30 m 30 Μέχρι 35 m 35 Μέχρι 40 m 40 Μέχρι 45 m 45 Μέχρι 50 m 50 Μέχρι 60 m 60

24 Γεωγραφικά στον Ελλαδικό χώρο οι ισοκεραυνικές περιοχές κατανέμονται με τα μέχρι σήμερα στοιχεία ως κατωτέρω: Μέχρι 30 Μέχρι 40 Μέχρι 50 Μέχρι 60 Ανατολική Πελοπόνησος, Αν. Στερεά, Εύβοια, Αν. Κρήτη Κεντρική Πελοπόνησος, Κεντρική Μακεδονία, Αν. Μακεδονία, Θράκη, Β. Σποράδες, Κυκλάδες Δυτική Μακεδονία, Κρήτη, Αν. Νησιά Αιγαίου, Ν. Πελοπόνησος Νησιά Ιονίου, Ήπειρος, Δυτική και Κεντρική Στερεά, Δυτική Πελοπόνησος 2.6 Προστασία Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων Το τμήμα εκείνο των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, που υποφέρει άμεσα από τις πτώσεις κεραυνών, είναι τα εναέρια ηλεκτρικά δίκτυα και οι υπαίθριες συσκευές, όπως μετασχηματιστές, διακόπτες κλπ. Καθώς και τα τηλεφωνικά δίκτυα, κεραίες, τηλεοράσεις, VIDEO, ηλεκτρονικοί υπολογιστές, ασύρματοι, γενικά ηλεκτρικές συσκευές κ.α. Τα κυριότερα χρησιμοποιούμενα μέσα, για την προστασία των ηλεκτρικών συσκευών είναι: Γειώσεις στύλων και ιστών γραμμής Γραμμές ή αγωγοί της Σπινθηριστές Αλεξικέραυνα τύπου βαλβίδας ή μη γραμμικής αντιστάσεως και τύπου απιονισμού (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 23).

25 2 β) Επακόλουθα της πτώσεως των κεραυνών 2.7 Η βροντή Κατά τη διάρκεια της κύριας εκκενώσεως, ο οχετός επιστροφής συγκεντρώνεται κατά κανόνα σε μια διάμετρο της τάξεως του εκατοστού. Μέσα στον οχετό αναπτύσσεται στιγμιαία μια υπερπίεση που μπορεί να φτάσει τις 2 έως 3at. Μετά τη διακοπή του ρεύματος της εκκενώσεως, η στήλη πιέσεως που απομένει εκρήγνυται και κατ αυτό παράγεται η βροντή. Ενώ το φαινόμενο της εκκενώσεως διαρκεί κατά ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα, το φαινόμενο τη βροντής ακούγεται επί μερικά λεπτά ακόμα, ανάλογα με το μήκος της αστραπής ή του κεραυνού. Αυτό οφείλεται στην απόσταση της εκκενώσεως από τον παρατηρητή εξαιτίας και της σχετικά αργής ταχύτητας μεταδόσεως του ήχου όπως και στις διαδοχικές ανακλάσεις των ηχητικών κυμάτων επάνω σε διάφορα φυσικά ή τεχνητά εμπόδια του εδάφους και των νεφών. Όταν η βροντή ακούγεται από κοντά δίνει την εντύπωση ενός ξερού και απότομου πάταγου, όταν όμως ακούγεται από μακριά, ακούγεται ένας συνεχής θόρυβος, ο οποίος μοιάζει άλλοτε με κρότο αλλεπάλληλων ομοβροντιών, άλλοτε σαν να ξεσχίζεται απότομα ένα τεράστιο κομμάτι υφάσματος και άλλοτε αλλιώς. Τούτο οφείλεται στις συνεχείς ανακλάσεις του ήχου στο έδαφος και στα νέφη, όπως και στη συμβολή διαφόρων ακουστικών συχνοτήτων. Οι μεταβολές του ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού πεδίου έχει εξεταστεί σε προηγούμενη παράγραφο.

26 2.8 Συνέπειες της πτώσεως των κεραυνών Από τον κεραυνό ως ηλεκτρικό φαινόμενο, μπορεί να περιμένει κανείς τα ίδια φαινόμενα που παρουσιάζονται με την διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από οποιονδήποτε αγωγό, ημιαγωγό ή μονωτήρα. Τα φαινόμενα αυτά είναι: α) Θερμικά (Ανάπτυξη θερμότητας) β) Ηλεκτροδυναμικά (Δημιουργία δυνάμεων) γ) Ηλεκτροχημικά (Γαλβανικά φαινόμενα) Από τα τρία φαινόμενα τον σπουδαιότερο ρόλο παίζουν τα θερμικά. Τα ηλεκτροδυναμικά πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη. Θερμικά φαινόμενα. Η θερμότητα που παράγεται κατά την διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από έναν αγωγό υπολογίζεται από τον τύπο: W = R i 2 dt = κ Q Κατά συνέπεια ισχυρά θερμικά φαινόμενα μπορούν να παρουσιαστούν σε θέσεις μεγάλης ωμικής αντιστάσεως. Σε αγωγούς με μεγάλη διατομή τα φαινόμενα αυτά δεν γίνονται αισθητά. Υπερθερμάνσεις μέχρι θερμοκρασίας τήξεως παρουσιάζονται σε μικρές διατομές αγωγών ή σε αγωγούς μεγάλης ειδικής αντιστάσεως. Παρατηρούνται συχνά τήξεις συρμάτων ραδιοφωνικών κεραιών και λεπτών σιδερένιων συρμάτων. Σε σύρματα σιδερένια ή χαλύβδινα διαμέτρου λίγων χιλιοστών, σπάνια παρατηρούνται τήξεις και είναι μάλλον απίθανο, να συμβούν. Στην περίπτωση κακών αγωγών, όπου η ωμική αντίσταση είναι πολύ μεγάλη, απελευθερώνεται μεγάλο ποσοστό θερμότητας, γι αυτό το νερό που περιέχεται στο ξύλο την τοιχοποιία ζεσταίνεται και εξατμίζεται σε πολύ μικρό διάστημα και έτσι προκαλούνται ρήγματα σε δέντρα, ξύλινους ιστούς, τοίχους κλπ. Ρήγματα του είδους αυτού βρίσκονται συχνά σε μέρη όπου υπάρχει πολλή υγρασία, ή σε μέρη

27 όπου η πυκνότητα ροής του ρεύματος παίρνει μεγάλες τιμές. Δίοδος του ρεύματος του κεραυνού μέσα από αμμώδες έδαφος, προκαλώντας ηλεκτρικό τόξο, σχηματίζει σωλήνες, από γυαλί τους οποίους ονομάζουμε κεραυνίτες. Αξίζει να παρατηρηθεί ότι, τήξεις στα σημεία εισόδου του κεραυνού σε ηλεκτρικούς αγωγούς, είναι εξαιρετικά σπάνιες. Δεν παρουσιάζονται ποτέ σε αγωγούς ηλεκτρικών γραμμών, αγωγούς γης, ιστούς ή αγωγούς υψηλής τάσεως, παρατηρούνται όμως στις αιχμές τν αλεξικέραυνων ή άλλων σιδερένιων αντικειμένων. Ο οχετός εκκενώσεως προκαλεί ανάφλεξη εύφλεκτων υλικών, όπως άχυρο, ξύλο, χαρτί κλπ., δεν συμβαίνει όμως πάντα ανάφλεξη. Όταν ο κεραυνός έχει μεγάλη ένταση ρεύματος αλλά πολύ μικρή διάρκεια, δεν πρόκειται να προκληθεί ανάφλεξη εξαιτίας της μικρής ενέργειας που περιέχει. Ανάφλεξη προκαλεί συνήθως το ρεύμα μικρής εντάσεως και μεγάλης διάρκειας, το οποίο ακολουθεί τους κεραυνούς. Ιδιαίτερα επικίνδυνες στο δρόμο του κεραυνού είναι οι κακές επαφές. Έτσι, σε μια χαλαρή και σκουριασμένη επαφή το ποσό θερμότητας που απελευθερώνεται μπορεί να είναι τόσο μεγάλο να προκαλέσει τήξη των γειτονικών μαλακών μετάλλων, όπως π.χ. η βροντή δεν επιφέρει βλαβερά αποτελέσματα στ αυτιά, γιατί η ενέργεια του οχετού δεν μπορεί να δημιουργήσει αρκετό κύμα πιέσεως. 2.9 Ηλεκτροδυναμικά φαινόμενα Οι δυνάμεις που μπορούν να αναπτυχθούν κατά την πτώση κεραυνού μπορεί να είναι ηλεκτροδυναμικές ή ηλεκτρομαγνητικές. Δυνάμεις που δημιουργούνται από το ρεύμα του κεραυνού μέσα από αγωγούς και το γήινο μαγνητικό πεδίο μπορούν να φτάσουν το 1 Kg/m και είναι εντελώς ακίνδυνες. Ισχυρές δυνάμεις μπορούν όμως να αναπτυχθούν σε θέσεις, όπου το ρεύμα του κεραυνού διακλαδίζεται σε δύο αγωγούς όπου καθένας από αυτούς ευρίσκεται

28 μέσα στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τον άλλο. Η δύναμη που αναπτύσσεται στην περίπτωση αυτή είναι: όπου Ι 1 και Ι 2 οι εντάσεις των δύο αγωγών σε ΚΑ και d η απόσταση μεταξύ τους σε cm. Από τον τύπο αυτό φαίνεται, ότι όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των δύο αγωγών τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη που αναπτύσσεται. Εάν π.χ. σε δύο αγωγούς παράλληλους που βρίσκονται σε απόσταση 5mm περάσει από τον καθένα ισχυρό ρεύμα κεραυνού εντάσεως 100 ΚΑ, τότε σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο προκύπτει ελκτική δύναμη 40 T/m, (για απόσταση d = 50cm η ελκτική δύναμη γίνεται 400Kp/m και για μεγαλύτερες αποστάσεις είναι ασήμαντη). Σχήμα 9. Αναπτυσσόμενη δύναμη μεταξύ δύο αγωγών που διαρρέεται από ρεύματα εντάσεων Ι 1 και Ι 2.

29 2.10 Ηλεκτροχημικές δράσεις Όσον αφορά τις ηλεκτροχημικές δράσεις, το φαινόμενο ακολουθεί τους γενικούς νόμους της ηλεκτροχημείας. Ένα συνολικό φορτίο κεραυνού π.χ. ίσο προς 100As συνεπάγεται κατά το νόμο του Faraday το πολύ, ηλεκτρολυτική αποσύνθεση 30mgr σιδήρου ή ισοδύναμου ποσού ψευδαργύρου ή μολύβδου στα σημεία εξόδου του κεραυνού, δηλαδή στα σημεία γειώσεως. Πρέπει να λαμβάνεται πρόνοια, ώστε στις εγκαταστάσεις αλεξικέραυνων που δέχονται συχνά ρεύματα κεραυνών να αποφεύγονται τέτοιες αποσυνθέσεις (ΤΟΜΟΣ Ι, σελ. 20).

30 3 α) ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΑ ΑΛΕΞΙΚΕΡΑΥΝΑ 3.1 Ταξινόμηση αντικεραυνικών συστημάτων Τα αντικεραυνικά συστήματα μπορούμε να τα κατατάξουμε κυρίως στις παρακάτω κατηγορίες: 1) Αλεξικέραυνα ακίδας 2) Αλεξικέραυνα πολλών ακίδων 3) Αλεξικέραυνα κλωβού (Faraday) 4) Αλεξικέραυνα ιονισμού (Ραδιενεργά ηλεκτρονικά) 5) Αλεξικέραυνα απωθητές κεραυνών Τα πρώτα (4) αλεξικέραυνα βασίζονται κυρίως στην αρχή του Franklin. Η πράξη έχει δείξει στο παρόν και το παρελθόν, ότι η αξιοπιστία αυτών στην προστασία, κυρίως εγκαταστάσεων υψηλής τεχνολογίας, είναι πολύ μικρή. Αν κάποιος κεραυνός πέσει σε ένα από τα πρώτα (4) παραπάνω αλεξικέραυνα, τότε η ενέργεια που θα χαθεί είναι RI 2 t, όπου R είναι η αντίσταση του όλου αντικεραυνικού συστήματος και Ι το κεραυνικό ρεύμα. Η αντίσταση R είναι και επιδιώκεται να είναι στην πράξη πολύ μικρή. Έτσι, η απώλεια της κεραυνικής ενέργειας είναι πολύ μικρή και το αντικεραυνικό σύστημα θα προστατευθεί και δε θα καταστραφεί. Αντίθετα, γύρω από τον αγωγό ή τους αγωγούς του αντικεραυνικού συστήματος θα αναπτυχθεί ένα ισχυρότατο μαγνητικό πεδίο, που θα επάγει ισχυρές τάσεις σε κάθε αγώγιμο στοιχείο, που θα βρεθεί στην περιοχή του. Δηλαδή κάθε αγωγός του αλεξικέραυνου θα δράσει σαν πρωτεύων Μ/Σ που επάγει τάση σε κάθε άλλο γειτονικό αγωγό. Οι επαγόμενες αυτές τάσεις είναι ικανές να καταστρέψουν προϊόντα υψηλής τεχνολογίας που θα βρεθούν στη δράση του μαγνητικού πεδίου.

31 Τα αλεξικέραυνα ιονισμού ιονίζουν τον αέρα γύρω από την ακίδα με φυσικά ραδιενεργά υλικά ή με κάποιο ηλεκτρονικό τρόπο διέγερσης και ιονισμού. Έτσι, επιτείνουν την πρόκληση του κεραυνού στην ακίδα τους. Στους ηλεκτροστατικούς κλωβούς Faraday προκαλείται ο κεραυνός και επιδιώκεται θωράκιση μιας εγκατάστασης. Η θωράκιση που επιτυγχάνεται είναι πολύ καλή στο ηλεκτροστατικό πεδίο. Στο μαγνητικό πεδίο η θωράκιση αυτή είναι ανύπαρκτη. Εκείνο όμως που καταστρέφει σήμερα τα προϊόντα υψηλής τεχνολογίας είναι το μαγνητικό πεδίο. Αν ο κλωβός είναι μαγνητικός, τότε δεν ισχύουν τα παραπάνω. Ένας όμως μαγνητικός κλωβός απαιτεί βαθιά και συμπαγή σιδεροκατασκευή πάχους αρκετών εκατοστών γύρω από μια εγκατάσταση, πρακτικά και οικονομικά αδύνατο να γίνει. Αν όμως δεχθούμε, ότι ο κλωβός Faraday παρέχει ικανοποιητική προστασία σε όλα τα είδη των εγκαταστάσεων, γεννάται το ερώτημα ένας αρχαιολογικός χώρος, που έχει ειδικές απαιτήσεις, πώς θα προστατευθεί (π.χ. Κνωσός); Τα αλεξικέραυνα που είναι γνωστά σαν απωθητές είναι καινούργια προϊόντα και εντάσσονται στα προϊόντα υψηλής τεχνολογίας. Σαν καινούργια και υψηλής τεχνολογίας προϊόντα δεν εμπίπτουν στις σχετικές γνωστές συμβατικές διεθνείς προδιαγραφές. Αντίθετα, διέπονται από προδιαγραφές Ινστιτούτων ή κατασκευαστικών οίκων, που τυγχάνουν αναγνώρισης από τα αντίστοιχα υπουργεία των χωρών αυτών (ΤΕΕ, σελ. 46-47).

32 3.2 Συλλεκτήρια συστήματα κεραυνών Ένα συλλεκτήριο σύστημα έχει σκοπό να οδηγεί τους κεραυνούς σε προκαθορισμένα σημεία μακριά από το υπό προστασία αντικείμενο. Το συλλεκτήριο σύστημα ονομάζεται κοινώς και αλεξικέραυνο και έχει μια περιοχή προστασίας. Το απολύτως αποτελεσματικό σύστημα είναι ένας χώρος (κουτί) με μεταλλικά τοιχώματα, (σχήμα 10) ακολουθούν σε αποτελεσματικότητα ο κλωβός αποτελούμενος από βρόγχους, τα τεταμένα συρματόσχοινα, και τέλος ράβδοι μέχρι 45m ύψος περίπου, σχ. 11, 12, 13 και 14. Τα σχήματα 15 δείχνουν τις περιοχές προστασίας ράβδου και συρματόσχοινων. Οι περιοχές κλωβού είναι αυτό που εμπεριέχεται μέσα στον κλωβό, σχήμα 11. Ωστόσο το μεταλλικό κουτί είναι στις περιπτώσεις προστασίας κτιρίων αδύνατον να υλοποιηθεί, εκτός αν το κτίριο είναι από μέταλλο. Έτσι η λύση του μεταλλικού κουτιού εφαρμόζεται κυρίως σε μικρές συσκευές, όπου πρέπει να εξασφαλισθεί 100% προστασία.

33 Σχήμα 10. Μέγιστη προστασία κατά της κεραυνοπληξίας προσφέρει το πανταχόθεν κλειστό μεταλλικό κουτί.

34 Σχήμα 11. Κλωβός με ανοίγματα 10 x 10m και δακτυλοειδή γείωση για αντικεραυνική προστασία Σχήμα 12. Τεταμένο συρματόσχοινο για αντικεραυνική προστασία

35 Σχήμα 13. Στύλος χαμηλότερος των 20m για αντικεραυνική προστασία

36

37

38 Ο προσδιορισμός της περιοχής προστασίας γίνεται κατά IEC 1024 εναλλακτικά με τρεις ισοδύναμους τρόπους: α) Με τη μέθοδο της κεραυνικής ή κυλιόμενης σφαίρας ακτίνας r b β) Με τη μέθοδο του κλωβού ανοίγματος α γ) Με τη μέθοδο της γωνίας προστασίας φ Ακολουθεί η ανάλυση αυτών των μεθόδων α) Μέθοδος της κεραυνικής ή κυλιόμενης σφαίρας. Η περιοχή προστασίας προσδιορίζεται με βάση την εξής αρχή (CIGRE 33). Η οδηγός εκκένωση μπορεί να πλησιάσει γειωμένα αντικείμενα από οποιαδήποτε κατεύθυνση, δηλαδή και οριζοντίως (από το πλάι). Όταν η εκκένωση πλησιάσει γειωμένα αντικείμενα σε μια συγκεκριμένη απόσταση, τότε αυτή θα προχωρήσει, δηλαδή ο κεραυνός θα πέσει, στο πλησιέστερο αντικείμενο. Αυτή η συγκεκριμένη απόσταση λέγεται ακτίνα της κεραυνικής ή κυλιόμενης σφαίρας. Η ακτίνα της σφαίρας επιλέγεται από 60m έως 20m ανάλογα με τη στάθμη προστασίας, δες πίνακα 1. Στάθμη προστασίας r b Πίνακας 1 Άνοιγμα Γωνία προστασίας φ (ο) για διάφορα ύψηh (m) βρόγχου(m) της συλλεκτήριας εγκατάστασης h=20(m) 30 45 60 Ι 20 5 25 0 0 0 ΙΙ 30 10 35 25 0 0 ΙΙΙ 45 10 45 35 25 0 ΙV 60 20 55 45 35 25 Ας κάνουμε την πιο πάνω αρχή σαφή, εξετάζοντας τη διάταξη στο σχήμα 16, όπου θα διερευνήσουμε την περιοχή προστασίας αλεξικέραυνου ράβδου μήκους 40 m.

39 Σχήμα 16. Κυλιόμενη κεραυνική σφαίρα και περιοχές προστασίας ράβδων ύψους α)40m και β)20m. Εκκενώσεις που πλησιάζουν από δεξιά ή αριστερά της ράβδου σε οποιοδήποτε σημείο της γραφής (Β), οδηγούνται κατευθείαν στη γη. Εκκενώσεις που πλησιάζουν οποιοδήποτε σημείο της καμπύλης Α, οδηγούνται στο αλεξικέραυνο ράβδου. Αντικείμενα που βρίσκονται στη σκιαγραφημένη περιοχή είναι προστατευμένα. Το σχήμα 16 δείχνει και την περίπτωση όπου το αλεξικέραυνο ράβδου έχει ύψος 20m, όπου παρατηρούμε ότι η περιοχή προστασίας είναι η ίδια όπως της ράβδου ύψους 40m, εφόσον φυσικά ισχύει η παραδοχή της ακτίνας των 20m για την κεραυνική σφαίρα. Τα σχήματα 14 και 17

40 δείχνουν την εφαρμογή στην περίπτωση ράβδου και ενός και δύο τεταμένων συρματόσχοινων. Ο τρόπος με τον οποίο προσδιορίζουμε την περιοχή προστασίας μπορεί να συμπτυχθεί στο εξής: Θεωρούμε μια κυλιόμενη σφαίρα ακτίνας r b να κυλιέται παντού πάνω στη συλλεκτήρια εγκατάσταση και τη γη. Τα σημεία που δεν αγγίζει η σφαίρα είναι προστατευμένα.

41

42 β) Μέθοδος του κλωβού. Ένας κλωβός μεταλλικός με ανοίγματα μικρότερης διάστασης α προστατεύει ότι βρίσκεται στο εσωτερικό του. Το α είναι κατά IEC από 5 έως 20m ανάλογα με τη στάθμη προστασίας, όπως δείχνει ο Πίνακας 1. Προτείνεται εδώ οι διαστάσεις του βρόγχου να λαμβάνονται 5 10m (σχήμα 11). γ) Μέθοδος της γωνίας προστασίας φ. Αυτή εκφράζεται κατά IEC για ύψη κάτω από 60m ή κατά VDE για ύψη κάτω από 20m. Η γωνία είναι 25 ο 55 ο. Προτείνεται η μέθοδος να εφαρμόζεται για ύψη ράβδου κάτω από 20m (ΝΤΟΚ/ΛΟΣ, σελ. 582-588) (Σχήμα 18). Σχήμα 18. Περιοχή προστασίας ράβδου κατά IEC, VDE

43 3.3. Πρόσθετα στοιχεία σχετικά με την αποτελεσματικότητα της προστασίας, ραδιενεργές ουσίες. Έχει παρατηρηθεί ότι οι μέθοδοι α, β, γ δεν εξασφαλίζουν 100% προστασία για αντικείμενα που βρίσκονται στα όρια των περιοχών προστασίας. Γι αυτό πρέπει να κατασκευάζονται πρόσθετες προστασίες με ράβδους ή πυκνούς κλωβούς π.χ. 20 x 20cm 2 ή πλήρες μεταλλικό τοίχωμα για συσκευές που είναι στα όρια της περιοχής προστασίας. Το σχήμα 19 δείχνει π.χ. μια κάμερα με επιπρόσθετη προστασία τοποθετημένη στη σκεπή ενός κτιρίου με προστασία κλωβού, όπου η κάμερα έχει επιπρόσθετη συλλεκτήρια εγκατάσταση. Ραδιενεργές ουσίες πάνω σε διατάξεις συλλογής κεραυνών δεν έχουν κατά VDE 0185 καμία πρακτική επίδραση στην περιοχή προστασίας. Τουναντίον, ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα με ραδιοϊσότοπα. Πρόσφατα κυκλοφορούν στο εμπόριο τα λεγόμενα αλεξικέραυνα απώθησης. Δεν υπάρχουν θεωρητικές ή πειραματικές μελέτες ή πρότυπα ή εμπειρίες από κατασκευές που να τεκμηριώνουν τη λειτουργία τους. Τουναντίον, υπάρχουν σοβαρές επιστημονικές αμφισβητήσεις για την αποτελεσματικότητα τους. Έτσι, η εγκατάσταση τους μπορεί να εγκυμονεί κινδύνους, διότι αναμένει κανείς προστασία η οποία δεν υπάρχει στην ουσία. Εγκατάσταση συλλεκτήριων αγωγών. Οι εγκαταστάσεις έλξης των κεραυνών μπορεί να είναι στερεωμένες πάνω στο κτίριο ή όχι, δηλαδή να είναι σε αποστάσεις από το κτίριο (σχήμα 12) οπότε λέγονται μονωμένες εγκαταστάσεις. Γίνονται σε κάθε περίπτωση από υλικά με ελάχιστες διατομές που ορίζονται από τον πίνακα 2. Τα μεταλλικά υλικά μπορεί να είναι γυμνά ή βαμμένα με ένα χέρι μπογιάς όχι όμως καλυμμένα με μονωτικά.

44

45 Πίνακας 2. Ελάχιστες διαστάσεις συλλεκτηρίων αγωγών της αντικεραυνικής προστασίας. Οι διαστάσεις αντιστοιχούν στους κανονισμούς VDE 0185 που καλύπτουν και τους αντίστοιχους κανονισμούς IEC 1024. Υλικά Διατομή (mm 2 ) Διάμετρος (mm) ή Διαστάσεις ή Πάχος λαμαρίνας 1. Χάλυβας γαλβανισμένος (DIN 50 8 φ 48801) 2. Χαλκός (DIN 48801) 50 8 φ 3. Αλουμίνιο (DIN 48801) 78 10 φ 4. Ανοξείδωτος χάλυβας 78 10 φ 5. Χαλύβδινο συρματόσχοινο 50 10 x 1,6 φ 6. Χάλκινο συρματόσχοινο 35 7 x 2,5 φ 7. Σύνθετος αγωγός ACSR (St- 50/8 9,6 φ AI)κατά DIN 48204 8. Ράβδοι είτε γαλβανισμένου - 16 φ χάλυβα είτε χαλκού κατά DIN 48204, όχι για καμινάδες 9. Ράβδοι όπως στην περίπτωση - 20 φ 8 αλλά για καμινάδες 10. Προφίλ για καμινάδες από - 50 x 50 x5 χάλυβα γαλβανισμένο DIN 48814, ανοξείδωτο χάλυβα ή χαλκό 11. Λαμαρίνα γαλβανισμένου - 0,5 χάλυβα DIN 48814 12. Λαμαρίνα χάλκινη - 0,3 13. Λαμαρίνα μολύβδου - 2,0 14. Λαμαρίνα αλουμινίου - 0,5 15. Λαμαρίνα τσίγκου - 0,7 Στην περίπτωση λαμαρινών 11-15 οι τιμές που δίνονται, αντιστοιχούν στα πάχη των λαμαρινών σκεπών. Ωστόσο, αν εφαρμοστούν τα αναφερόμενα ελάχιστα πάχη πρέπει να αναμένονται τοπικές τήξεις και τρύπημα της λαμαρίνας. Αν αυτό δεν ενοχλεί, καλώς. Αν όμως θέλουμε να αποφύγουμε τήξεις, τότε πρέπει να κατασκευαστεί πρόσθετο συλλεκτήριο σύστημα κλωβού π.χ. 10 x 5m 2 σε απόσταση 0,5m πάνω από τη λαμαρινοκατασκευή. Οι κανονισμοί IEC δίνουν τα πάχη λαμαρίνας που δεν τίκτονται ως εξής: για χάλυβα 4mm, για χαλκό 5mm, για αλουμίνιο 7mm.

46 Οι εγκαταστάσεις έλξης των κεραυνών συνδέονται με την εγκατάσταση των γειωτών με αγωγούς απαγωγής που θα εξεταστούν σε άλλο κεφάλαιο Οι κανονισμοί VDE 0185 αναφέρουν τους εξής κανόνες σχετικά με τις συλλεκτήριες εγκαταστάσεις που εφαρμόστηκαν επί σειρά ετών και στη χώρα μας με μεγάλη επιτυχία. Αυτοί οι κανόνες, έτσι όπως παρουσιάζονται εδώ δεν αντίκεινται στα πρότυπα IEC 1024-1 και ΕΛΟΤ 1197 (ΝΤΟΚ/ΛΟΣ 588-593). 3.4 Συλλεκτήριες εγκαταστάσεις πάνω σε κτίρια Κατά κανόνα εγκαταστάσεις σύλληψης πρέπει να γίνονται τύπου κλωβού διαστάσεων όχι μεγαλύτερων από 10 x 20m που περιβάλλουν το κτίριο. Αυτές συνοδεύονται με τα μεταλλικά μέρη της σκεπής. Κανένα σημείο της σκεπής δεν πρέπει να απέχει πάνω από 5m από τους αγωγούς του κλωβού (Σχήμα 20). Συνίστανται βρόγχοι 5 x 5m 2 σε περιπτώσεις υψηλών απαιτήσεων. Σε κτίρια χαμηλά μπορεί να γίνει απόκλιση από τον κανονισμό 3.2.1 και να χρησιμοποιηθούν μια ή περισσότεροι ράβδοι. Το ύψος όμως της ράβδου πρέπει να είναι κάτω των 20m. Η περιοχή προστασίας είναι ο κώνος που σχηματίζεται από γωνία μικρότερη των 45-30 ο ως προ τη ράβδο (σχ. 14). Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν δύο ράβδοι ενωμένες με αγωγό, οπότε η περιοχή προστασίας είναι μια γωνία και δύο εφαπτόμενοι κώνοι αντίστοιχα με το σχήμα 15. Τμήματα στέγης μη μεταλλικά που δεν προεξέχουν πάνω από 0,3m από το επίπεδο ενός κλωβού θεωρούνται προστατευμένα. Τμήματα στέγης μεταλλικά δεν χρειάζεται να ενωθούν με τον συλλεκτήριο κλωβό, εφόσον προεξέχουν το πολύ 0,3m, η επιφάνεια τους είναι μικρότερη του 1m 2, το μεγαλύτερο μήκος είναι μικρότερο των 2m και απέχουν το πολύ 0,5m από τους αγωγούς της εγκατάστασης.

47

48 Αν δεν πληρούνται οι συνθήκες 3.2.2, 3.2.4, τότε τα μη μεταλλικά σημεία που προεξέχουν προστατεύονται με ράβδο που ενώνεται με τη συλλεκτήρια εγκατάσταση ή προκειμένου περί μεταλλικών επιφανειών αυτές συνδέονται με τη συλλεκτήρια εγκατάσταση (σχήμα 21). Σχήμα 21. Αντικείμενα που προεξέχουν πάνω από 30cm μπορούν να προστατευθούν με ράβδο ενωμένη με το ΣΑΠ

49 Οι συλλεκτήριοι αγωγοί τοποθετούνται στις ακμές των κτιρίων. Αν τοποθετηθούν κάτωθεν της ακμής, τότε απαιτούνται κάθε 5m ράβδοι ενωμένες με τη συλλεκτήρια εγκατάσταση που να προεξέχουν 30cm από την ακμή (Σχήμα 22). Σχήμα 22. Αν οι συλλεκτήριοι αγωγοί είναι κάτω από τη στηθαίο της ταράτσας τότε εγκαθίστανται τουλάχιστον κάθε 5m ακίδες Οι συλλεκτήριοι αγωγοί μπορεί να είναι κάτω από την τελική επιφάνεια του κτιρίου. Τότε, όμως απαιτούνται κάθε 5m ακίδες που να προεξέχουν πάνω από 0,3m πάνων από τις ακμές της σκεπής. Αν η σκεπή είναι μεταλλική π.χ. λαμαρίνα και έχει εκτεταμένα μεταλλικά πλαίσια γυμνά ή απλώς βαμμένα, αυτά μπορεί να αντικαταστήσουν την εγκατάσταση έλξης αρκεί να έχουν τα πάχη του Πίνακα 2. Σε περιπτώσεις λαμαρίνας να υπάρχει καλή σύνδεση και μια επικάλυψη 100m τουλάχιστον (Σχήμα 23).

50 Σχήμα 23. Μεταλλικές λαμαρίνες αντικαθιστούν το συλλεκτήριο σύστημα, εφόσον έχουν ένα ελάχιστο πάχος Όταν σκεπές μεταλλικές είναι καλυμμένες με μονωτικά, τότε χρειάζεται συλλεκτήρια εγκατάσταση και σύνδεση της σκεπής κάθε 10m με την συλλεκτήρια εγκατάσταση. Σε σκεπές από πλάκες αμιαντοτσιμέντου (ΕΛΕΝΙΤ) πάνω σε χαλύβδινο σκελετό δεν χρειάζεται πρόσθετη συλλεκτήρια εγκατάσταση, γιατί οι πολλές βίδες λειτουργούν σαν συλλεκτήριες ακίδες.

51 Σε κτίρια με ύψος πάνω από 30m απαιτούνται και συλλεκτήριοι αγωγοί στους εξωτερικούς τοίχους. Όμως, αν πρόκειται για κτίρια με οπλισμένο σκυρόδεμα ή μεταλλικό φέροντα οργανισμό από χάλυβες χρησιμοποιημένους και σαν αγωγούς καθόδου, τότε μπορεί να λείπουν οι πλευρικοί συλλεκτήριοι αγωγοί. Σε κτίρια ύψους μέχρι 20m μεταλλικά αντικείμενα που προεξέχουν π.χ. μπαλκόνια, υπόστεγα κλπ., δεν χρειάζεται να ενωθούν με τους αγωγούς, εφόσον βρίσκονται στην περιοχή προστασίας της αντικεραυνικής εγκατάστασης. Εάν είναι εκτός περιοχής, πρέπει να συνδεθούν εφόσον έχουν επιφάνεια πάνω από 5m 2 ή μήκος πάνω από 10m. Σε κτίρια πάνω από 20m εξωτερικά μεταλλικά τμήματα μήκους πάνω από 2m και επιφάνειας πάνω από 1m 2 π.χ. μπαλκόνια πρέπει να συνδεθούν με τους απαγωγούς. Ηλεκτρομηχανολογικές εγκαταστάσεις κλιματισμού, αερισμού και ανελκυστήρων που βρίσκονται στην ταράτσα του κτιρίου πρέπει κατά δυνατότητα να μη συνδεθούν με συλλεκτήριους αγωγούς, σχήμα 24. Σε κτίρια με ύψος πάνω από 30m μπορεί να είναι σκόπιμο να συνδεθεί η εγκατάσταση της κεραίας με την εγκατάσταση σύλληψης των κεραυνών.

52 Σχήμα 24. Προστασία εξαεριστήρα στην ταράτσα κτιρίου. α) σύνδεση με την συλλεκτήρια εγκατάσταση, β) όπως το α) αλλά μέσω σπινθηριστή, γ) προστασία με ράβδο και με μεγάλη απόσταση γειτνίασης D από τη ράβδο, D>0,5m Ηλεκτρομηχανολογικές εγκαταστάσεις π.χ. αερισμός, φώτα, αεροπλοΐας, κάμερες μπορεί να προστατευθούν με μια ράβδο συνδεδεμένη στο συλλεκτήριο σύστημα, εφόσον βρίσκονται στον κώνο των 45 ο της ράβδου, ή μπορεί να προστατευθούν ακόμη καλύτερα με πρόσθετο κλωβό (σχ. 19) (ΝΤΟΚ/ΛΟΣ, σελ. 593-599).

53 3.5 Συλλεκτήριες εγκαταστάσεις μονωμένες από τις λοιπές εγκαταστάσεις Μονωμένες εγκαταστάσεις είναι οι πιο αποτελεσματικές αλλά απαιτούν πολύ χώρο που συνήθως προσφέρεται μόνο σε αραιοκατοικημένες περιοχές. Εδώ, το υπό προστασία αντικείμενο είναι στη ζώνη προστασίας της συλλεκτήριας εγκατάστασης και μάλιστα 2-3m μακριά από τους αγωγούς της. Αυτή μπορεί να αποτελείται από: Ένα ή περισσότερα συρματόσχοινα παράλληλα (σχ. 12, 25) Μια ή περισσότερες ράβδους (σχ. 13, 26) Δίκτυο συρματόσχοινων 8-10mm διαμέτρου και ανοιγμάτων α ανάλογα με τη στάθμη προστασίας 5 20m (σχ. 27) Σχήμα 25. Μονωμένο συλλεκτήριο σύστημα αποτελούμενο από δύο τεταμένα συρματόσχοινα. Πανταχόθεν απόσταση του οικισμού από το ΣΑΠ 2m. Ο οικίσκος πρέπει επιπλέον να είναι στην περιοχή προστασίας.

54 Σχήμα 26. Μονωμένο συλλεκτήριο σύστημα αποτελούμενο από 4 ράβδους με σχεδιασμένη την κεραυνική κυλιόμενη σφαίρα Τα σχήματα 14, 15, 17 δείχνουν τις περιοχές προστασίας λαμβάνοντας υπόψη μια ακτίνα κεραυνικής σφαίρας 30m για άλλες ακτίνες οι περιοχές προστασίας προκύπτουν ανάλογα. Πρέπει κανείς να παρατηρεί ότι: Ράβδοι προστατεύουν σημαντικά όταν το ύψος τους είναι μικρότερο από την ακτίνα της κεραυνικής σφαίρας. Έτσι π.χ. οι κανονισμοί VDE 0185 ορίζουν σαν μέγιστο επιτρεπόμενο ύψος 20m για μια ράβδο ή 30m για πολλές ράβδους. Για τα τεταμένα παράλληλα συρματόσχοινα υφίστανται περιορισμοί ύψους. Οι κανονισμοί VDE 0185 ορίζουν 20m για ένα συρματόσχοινο. Για δίκτυο από συρματόσχοινα το ύψος είναι απεριόριστο.

55

56 Τα υπό προστασία μεταλλικά αντικείμενα σε μονωμένες εγκαταστάσεις πρέπει: Να είναι στην περιοχή προστασίας, όπως προσδιορίζεται στα σχήματα 13, 14, 15 και 16 Να απέχει από αγωγούς ΣΑΠ απόσταση S μεγαλύτερη μιας τιμής D που λέγεται ελάχιστη επιτρεπόμενη απόσταση γειτνίασης και υπολογίζεται σε άλλο κεφάλαιο. Απόσταση S από τους αγωγούς ΣΑΠ > ελάχιστη επιτρεπόμενη απόσταση γειτνίασης D (ΝΤΟΚ/ΛΟΣ, σελ. 599-601). 3.6 Απαγωγοί ή αγωγοί καθόδου Αυτοί είναι αγωγοί με διαστάσεις, όπως στον πίνακα 3, που συνδέουν το συλλεκτήριο σύστημα με το σύστημα γείωσης. Τυπικά, επαρκούν αγωγοί από χάλυβα γαλβανισμένο 10 φ. Προτιμούνται συνεχείς και όχι συνενωμένοι απαγωγοί. Πίνακας 3. Ελάχιστες διαστάσεις απαγωγών (αγωγών καθόδου) και ισοδυναμικών συνδέσεων κατά DIN / VDE 0185. Οι τιμές καλύπτουν τους κανονισμούς IEC 1024 και ΕΛΟΤ 1197. Για ισοδυναμικές συνδέσεις χρησιμοποιείται συνήθως H07V-R-50mm 2. Υλικό 1. Γαλβανισμένος χάλυβας κυκλικής διατομής Διαστάσεις Διάμετρος (mm) Διατομή mm 2 8[10 1), 16 2) ] 50[78 1), 200 2) ] 2. Ορθογώνιας διατομής 20 x 2,5 50 3. Ανοξείδωτος χάλυβας π.χ. DIN 17440 κυκλικής διατομής 4. όπως 3 αλλά ορθογώνιας διατομής 10[12 1), 16 2) ] 78[113 1), 200 2) ] 30 x3,5 [30 x 4 2) ] 5. Χαλκός κυκλικής διατομής 8 50 6. Ορθογώνιας διατομής 20 x 2,5 50 7. Καλώδιο H07V-R 3) 20 x 2,5 2 8. Χαλκός με 1mm Μόλυβδο 10 φ x 8 φ 50 9. Χάλυβας με 1mm Μόλυβδο 10 φ x 8 φ 50-1)σε καμινάδες, 2)σε καμινάδες στην περιοχή καυσαερίων, 3)ειδικά και μόνο για γέφυρες με ολισθαίνουσες δράσεις προδιαγράφονται καλώδια υπερυψηλής ευκαμψίας H05RN-H 50mm 2. 105 120 50 16 3)

57 Η προστασία βελτιώνεται: Με αύξηση του αριθμού απαγωγών Με μείωση του μήκους των απαγωγών (ΝΤΟΚ/ΛΟΣ, σελ. 601-603) 3.7 Εγκαταστάσεις σε κτίρια Οι αποστάσεις των απαγωγών είναι Χ< 10.25m για συστήματα κλωβού ανάλογα με τη στάθμη προστασίας, όπως δείχνει ο πίνακας 3. Για συστήματα ράβδων μπαίνει ένας τουλάχιστον απαγωγός ανά ράβδο. Οι απαγωγοί εγκαθίστανται κατά δυνατότητα δίπλα ή πάνω στις εξωτερικές ακμές του κτιρίου (σχ.27). Κτίρια με κατόψεις κάτω από 40 x 40m 2 καλό είναι να έχουν και εσωτερικούς απαγωγείς. Αυτοί θα απέχουν από τους εξωτερικούς τοίχους λιγότερο από 40m. Κτίρια ψηλά > 20m ή καμινάδες έχουν δύο απαγωγούς τουλάχιστον (σχήμα 28). Οι απαγωγοί απέχουν πάνω από 0,5m από παράθυρα και πόρτες. Μεταλλικές κατασκευές ή μεταλλικοί σκελετοί κτιρίων μπορούν να αντικαταστήσουν τους απαγωγούς. Αν αυτές είναι από λαμαρίνες μεταλλικές το πάχος τους πρέπει να είναι μεγαλύτερο του 0,5mm. Παραδείγματα απαγωγών τέτοιων είναι οι μεταλλικές σκάλες, μεταλλικές διακοσμητικές λαμαρίνες, υδρορροές, σχ. 23. Οι απαγωγοί μπορεί να είναι ενσωματωμένοι στον σκελετό του δικτύου, στο σκυρόδεμα. Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο χαλύβδινος οπλισμός του κτιρίου, εφόσον έχει επαρκής ηλεκτρική συνέχεια.

58 Σχήμα 28. Συλλεκτήριο σύστημα με απαγωγούς για καμινάδα. Οι απαγωγοί είναι ενταφιασμένοι σε γωνία 60 ο έως 12 ο στο έδαφος σε βάθος άνω του 0,5m. Ο χαλύβδινος οπλισμός θεωρείται ότι έχει συνέχεια αν 50% των διασταυρώσεων είναι συγκολλημένες, και αν οι κατακόρυφοι ράβδοι του οπλισμού είναι γεφυρωμένοι κατά μήκος ίσο με 20 φορές τη διάμετρο τους ή είναι επαρκώς συγκολλημένοι (σχήμα 29).

59 Σχήμα 29. Συνδέσεις οπλισμού που θεωρούνται επαρκείς για ΣΑΠ 3.8 Συστήματα γειωτών Η αντικεραυνική προστασία απαιτεί ειδικές κατάλληλες γειώσεις με προδιαγραφές, όπως ακολουθούν. Αν όμως άλλες, ήδη υπάρχουσες γειώσεις, π.χ. γείωση της μέσης τάσης, που χρησιμοποιούνται για άλλα κυκλώματα πληρούν αυτές τις προδιαγραφές, τότε δεν χρειάζεται να κατασκευαστεί ένα πρόσθετο ιδιαίτερο σύστημα για την αντικεραυνική προστασία. Προτείνεται μάλιστα να επιδιώκουμε ένα μόνο μοναδικό σύστημα γειωτών για όλα τα κυκλώματα που