52.αντικεραυνική προστασία

Τα μετεωρολογικά φαινόμενα δημιουργούν φορτίσεις στην ατμόσφαιρα.
Ένα σύννεφο μπορεί να αποκτήσει φορτίο θετικό η αρνητικό.
Τις περισσότερες φορές το φορτίο των σύννεφων είναι αρνητικό.
Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας το φορτίο νεφών αυξάνεται και δημιουργείται μια πολύ μεγάλη διάφορα δυνάμεων ανάμεσα στα σύννεφα ή σε ένα σύννεφο έως τη γη.
Σύμφωνα με υπολογισμούς η διαφορά δυναμικού μπορεί να φτάσει τις μερικές δεκάδες ΚV.
Αυτές οι μεγάλες τάσεις δημιουργούν ηλεκτρικές εκκενώσεις ανάμεσα στα σύννεφα (αστραπές) και ηλεκτρικές εκκενώσεις μεταξύ φορτισμένου νέφους και γης (κεραυνός).

Η πτώση του κεραυνού πραγματοποιείται σε χρόνο 0,002 μέχρι 3 δευτερόλεπτα και το κύριο φορτίο έχει περάσει στο πρώτο χιλιοστό του δευτερολέπτου.
Αν και έχουν καταγραφεί κεραυνοί με ένταση ρεύματος της τάξεως των 500.000 Α, για την Ευρώπη δεχόμαστε ότι το 99% των αναμενόμενων κεραυνών φέρει ένταση ρεύματος μικρότερη από 200.000 Α.
Αποτέλεσμα από τις μεγάλες εντάσεις είναι η μεγάλη θερμότητα.

Η θερμοκρασία στον πυρήνα του κεραυνού είναι 20.000 - 30.000 °C.
Όταν ο κεραυνός πλήξει μια κατασκευή λόγω της ατμοποίησης των μορίων υγρασίας, τα δομικά στοιχεία εκρήγνυνται.
Στις περισσότερες περιπτώσεις ακολουθεί πυρκαγιά.
Κάθε ζωντανός οργανισμός που τυχόν βρεθεί στο πέρασμα του κεραυνού, αντιμετωπίζει τα προβλήματα του τεράστιου φορτίου υψηλής θερμοκρασίας.

Τα εναέρια δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και τηλεπικοινωνιών αν δεχτούν κεραυνό καταστρέφονται και μπορούν να μεταφέρουν μεγάλες τάσεις μέσα σε κτίρια και εγκαταστάσεις προκαλώντας σοβαρές ζημιές.
Για να προστατέψουμε πρόσωπα και εγκαταστάσεις από την πτώση κεραυνών κατασκευάζουμε διάφορα συστήματα αντικεραυνικής προστασίας, που σκοπό έχουν να οδηγήσουν το τεράστιο ρεύμα της ηλεκτρικής εκκένωσης μέσα από ένα προεπιλεγμένο δίαυλο, στη γη.

Όταν η αντικεραυνική εγκατάσταση είναι εγκατεστημένη εξωτερικά και έχει σαν βασικό σκοπό να συλλέξει το φορτίο και να το καθοδηγήσει στη γη, δημιουργούμε εξωτερική αντικεραυνική προστασία.
Όταν θέλουμε να προστατέψουμε το εσωτερικό κτιρίων ή εγκαταστάσεων από έμμεση κεραυνοπληξία και εμφάνιση κρουστικών τάσεων στους αγωγούς τροφοδοσίας ηλεκτρικής ενέργειας κατασκευάζουμε εσωτερική αντικεραυνική προστασία.

Η εγκατάσταση εσωτερικής αντικεραυνικής προστασίας πραγματοποιείται μέσα στους ηλεκτρικούς πίνακες παροχής

Εξωτερική αντικεραυνική προστασία κτιρίων

σχεδιασμός και η υλοποίηση κάθε συστήματος αντικεραυνικής προστασίας προδιαγράφεται από τα πρότυπα ΕΛΟΤ 1197 και ΕV 61024-1.

Κάθε σύστημα αντικεραυνικής προστασίας αποτελείται από το συλλεκτήριο σύστημα απαγωγής και το σύστημα γειώσεως.

Το συλλεκτήριο σύστημα μπορεί να είναι τύπου ακίδων ή τύπου έλξης ατμοσφαιρικής τάσης (ιονισμού).

Η πιο απλή μορφή είναι το αλεξικέραυνο Franklin το οποίο αποτελείται από μία κατακόρυφο ράβδο με ακίδα στο άνω σημείο και συνδέεται με τη γη.

Χρησιμοποιείται σε κτίρια και εγκαταστάσεις μικρών διαστάσεων (καπνοδόχους εργοστασίων κλπ.)

Όταν τα κτίρια έχουν μεγάλη επιφάνεια πιο αποτελεσματικό θεωρείται το αλεξικέραυνο κλωβού Faraday.
Αυτό το σύστημα αποτελείται από πλέγμα αγωγών διατεταγμένων κατά μήκος και κατά πλάτος επί της οροφής της κατασκευής που θέλουμε να προστατέψουμε.

Υπάρχουν τοποθετημένες ακίδες κατανεμημένες στα ψηλότερα σημεία του κτιρίου.
Οι ακίδες συνδέονται μεταξύ τους και με τις καθόδους





Αλεξικέραυνο ιονισμού

Είναι ένα συλλεκτήριο σύστημα το οποίο διαχέει ιόντα μέσα στο κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας και δημιουργεί ένα δίαυλο μειωμένης ηλεκτρικής αντίστασης διαμέσου του οποίου συλλέγεται ο επερχόμενος κεραυνός.

Η εγκατάσταση αλεξικέραυνων ιονισμού προδιαγράφεται από το πρότυπο ΝF C 17 102.

Τα αλεξικέραυνα ιονισμού δεν είναι ραδιενεργά.

Η παραγωγή ιόντων γίνεται μέσω μιας πιεζοηλεκτρικής γεννήτριας.

Η κεφαλή του αλεξικέραυνου φέρει διμερή ακίδα σύλλήψης του κεραυνού από ειδικό κράμα ορείχαλκου με διάκενο ασφαλείας.

Διαθέτει μεταλλικό δίσκο συλλογής, αγώγιμο προς την ακίδα και προς το περίβλημα της κεφαλής, ο οποίος ζευγνύεται χωρητικά προς το ηλεκτρικό πεδίο κακοκαιρίας και φορτίζεται επαγωγικά με την αύξηση του ανώτερου πεδίου.
Η κεφαλή περιλαμβάνει ειδικό μεταλλάκτη παραγωγής υψηλής τάσης ιονισμού.
Στο χώρο γύρω από την ακίδα του αλεξικέραυνου δημιουργείται ισχυρότατος ιονισμός.
Η κεφαλή του αλεξικέραυνου φέρει διάταξη ασφαλείας για την προστασία των κυκλωμάτων της κατά την στιγμή της πτώσης και της σύλληψης του κεραυνού.
Όλος ο μηχανισμός του διακένου, του εξωτερικού σπινθηριστή και των κυκλωμάτων της κεφαλής, ευρίσκεται μέσα σε υδατοστεγές περίβλημα το οποίο διαμορφώνεται, έτσι ώστε να επιτρέπει την ελεύθερη διέλευση του φορτίου προς την κάθοδο του αλεξικέραυνου.
Υπάρχουν τύποι που ανάλογα με το μέγεθος και τη διασπορά του παραγόμενου ιονισμού, έχουν ακτίνες προστασίας 50, 100, 150, 200, 250 μέτρων.
Το αλεξικέραυνο του ιονισμού στηρίζεται σε τηλεσκοπικό ιστό από σωλήνες βαρέως τύπου με αντιοξειδωτική βαφή.
Το ύψος των ιστών είναι 2, 4, 6, 8, 16 μέτρα
Οι ιστοί που έχουν ύψος πάνω από 8 μέτρα, έχουν αυτοφερόμενα επίτονα με εντατήρες.
Επάνω στον ιστό τοποθετούνται μονωτήρες διελεύσεως του αγωγού καθόδου.
Το σύστημα απαγωγής

Το σύστημα απαγωγής αποτελείται από τους αγωγούς καθόδου, οι οποίοι διοχετεύουν το κεραύνιο ρεύμα στο σύστημα γειώσεως.
Τοποθετούνται πάντα κατακόρυφα, κατά μήκος των εξωτερικών τοίχων.

Για κάθε κτίριο πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον δύο αγωγοί καθόδου.
Αν το κτίριο έχει πλάτος μεγαλύτερο από 12 μέτρα απαιτούνται 4 αγωγοί καθόδου.
Αν το πλάτος ξεπερνάει τα 20 μέτρα, πρέπει να αυξάνονται οι αγωγοί καθόδου κατά 1 ανά 20 μέτρα πλάτος.
Οι καπνοδόχοι και οι πύργοι, ύψους μεγαλύτερου των 40 μέτρων, πρέπει να έχουν 2 αγωγούς καθόδου.

Οι αγωγοί καθόδου είναι κυκλικής διατομής από σίδηρο επι ψευδαργυρωμένο εν θερμώ ή χαλκό με διάμετρο Φ 8mm - Φ 10mm
Στηρίζονται με ειδικά στηρίγματα, με δακτύλιο απόστασης από το μπετόν ή την τοιχοποιία. Ανά διαστήματα 20 μέτρων τοποθετείται συστολοδιαστολικός σύνδεσμος (ΕΙΚ).
Οι ενώσεις των αγωγών πραγματοποιούνται με ειδικούς συνδέσμους που είναι κατάλληλοι για κάθε περίπτωση (ΕΙΚ).

Το σύστημα γείωσης κατασκευάζεται από μεταλλικές ταινίες ή ηλεκτρόδια γείωσης.
Μερικές φορές είναι δυνατόν οι αγωγοί καθόδου, να μην καταλήγουν σε ένα κεντρικό σύστημα γείωσης, αλλά κάθε κάθοδος να καταλήγει σε ένα ηλεκτρόδιο.
Από το έδαφος και σε ύψος μέχρι 2 μέτρων οι αγωγοί καθόδου πρέπει να προστατεύονται από μηχανικές βλάβες.
> Ως γνωστόν πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα ώστε η αντίσταση γείωσης να είναι πολύ μικρή (κάτω από 2 Ω).

Στο εσωτερικό μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης έχουμε την επιλογή της αντικεραυνικής προστασίας με τα αντικεραυνικά ράγας, τα αντικεραυνικά δηλαδή που τοποθετούνται στον ηλεκτρικό πίνακα της εγκατάστασης. Οι συσκευές αυτές στην ουσία προστατεύουν την ηλεκτρική μας εγκατάσταση, «απορροφώντας» τον κεραυνό και «οδηγώντας» τον προς τη γείωση της εγκατάστασης (δηλαδή προς τη γη). Τα αντικεραυνικά στο εσωτερικό τους έχουνε μια ασφάλεια – αντίσταση η οποία όπως είναι λογικό δέχεται τις συνέπειες του κεραυνού. Ανάλογα με τη φθορά που θα δεχτεί αυτή η αντίσταση, με τον καιρό πρέπει να αντικαθίσταται ώστε να συνεχίζει το αντικεραυνικό να είναι αποτελεσματικό.


Τα αντικεραυνικά ράγας παρότι λειτουργούν όλα με την ίδια λογική (που αναφέραμε παραπάνω) διαχωρίζονται ανάλογα με την προστασία που καλούνται να μας προσφέρουν.

Τα compact αντικεραυνικά είναι συσκευές που προορίζονται για την προστασία ηλεκτρικών εγκαταστάσεων κτιρίων που διαθέτουν αλεξικέραυνο, μιας και είναι πιο αποτελεσματικά σε ένα άμεσο κτύπημα κεραυνού. Οι συσκευές αυτές δεν μας δίνουν την δυνατότητα να αντικαταστήσουμε απλώς την ασφάλεια τους όταν φθαρούν. Αντίθετα πρέπει να αντικαταστήσουμε ολόκληρη την συσκευή. Λόγω όμως της σχεδίασής τους έχουν υψηλή απόδοση, οπότε έχουν μεγάλο χρόνο ζωής και είναι απαραίτητες όταν υπάρχει αλεξικέραυνο στο κτίριο.
Για τη γενική προστασία ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού υπάρχουν αντικεραυνικά με αποσπώμενα φυσίγγια (η αντίσταση που αναφέραμε πριν) ώστε να είναι εύκολη η αντικατάσταση (του φυσιγγίου) μετά τη φθορά. Εδώ συναντάμε δύο υποκατηγορίες: αυτά που απαιτούν και επιπλέον ξεχωριστή ασφάλεια και αυτά που δεν χρειάζονται (αυτοπροστατευόμενα). Τα αυτοπροστατευόμενα είναι πιο πρόσφατη τεχνολογία η οποία μας δίνει την δυνατότητα να εξοικονομήσουμε χώρο στον ηλεκτρικό μας πίνακα.

Βέβαια υπάρχουν και αντικεραυνικά για επιμέρους προστασία πολύ ευαίσθητου εξοπλισμού όπως επίσης και ειδικά αντικεραυνικά για την προστασία τηλεφωνικών γραμμών.



Όλα τα παραπάνω αντικεραυνικά που αναφέραμε μπορούν να εφαρμοστούν είτε ξεχωριστά (π.χ. μόνο το compact αντικεραυνικό σε μια εγκατάσταση ή μόνο ένα αντικεραυνικά γενικής προστασίας με αποσπώμενο φυσίγγιο) είτε και ακόμα και όλα μαζί. Ποιά και πόσα αντικεραυνικά θα χρησιμοποιήσουμε εξαρτάται από τις ανάγκες της ηλεκτρικής μας εγκατάστασης. Ο σημαντικότερος παράγοντας είναι ο κεραυνικός κίνδυνος που υπάρχει σε ένα κτήριο (πόσο πιθανό είναι να χτυπηθεί από κεραυνό). Ο βαθμός αυτός εξαρτάται από την περιοχή στην οποία βρίσκεται το κτήριο, το αν διαθέτει ή όχι αλεξικέραυνο, καθώς επίσης και το αν υπάρχει κοντά κάποιο κτήριο με αλεξικέραυνο. Από αυτόν τον παράγοντα θα κριθεί αν υπάρχει ή όχι ανάγκη να χρησιμοποιηθεί ένα κύριο αντικεραυνικό.

Τα επιμέρους αντικεραυνικά θα επιλεχθούν βάση του εξοπλισμού της εγκατάστασης (τηλεφωνικές γραμμές, home cinema, hi-fi, ηλεκτρονικοί υπολογιστές, κλπ).



Η εσωτερική αντικεραυνική προστασία έχει σκοπό να εξασφαλίσει την ακεραιότητα μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης. Μια σωστή επιλογή αντικεραυνικών έχει λοιπόν σαν αποτέλεσμα την αποφυγή καταστροφής συσκευών οι οποίες κοστίζουν αρκετά χρήματα..