Obsah
vé
Téma č. 5 PORUCHOVÉ STAVY A OCHRANA PRED BLESKOM
Úloha 5.1
- Definujte pojem blesk a podmienky jeho vzniku.
- Charakterizujte spôsoby ochrany pred bleskom.
Úloha 5.2
- Popíšte typy a zloženie jednotlivých bleskozvodov.
- Uveďte prípady nutného zriadenia bleskozvodu.
Úloha 5.3
- Opíšte vznik a povahu svetla. Vymenujte elektrické zdroje svetla.
Úloha 5.1
Definujte pojem blesk a podmienky jeho vzniku
Blesk je silný prírodný elektrostatický výboj produkovaný počas búrky. Bleskový elektrický výboj – „blesk“ je sprevádzaný emisiou svetla. Najčastejšie sú blesky medzi oblakmi. Len každý tretí až štvrtý udiera do zeme. Najčastejšie sa vyskytujú tzv. čiarové blesky, zriedkavo guľové.
Hrom je charakteristický zvukový efekt blesku vznikajúci tým, že elektrický výboj blesku zahrieva okolitý vzduch, na vysokú teplotu a ten sa prudko rozpína. Tento dej je veľmi rýchly a pripomína výbuch.
Najškodlivejšie sú účinky tepelné (rýchle oteplenie vodičov) a elektromagnetické (dynamické deformačné sily, prepätia).
Vývoj blesku
Prvá etapa vzniku blesku je prípravná – stupňovitý vedúci výboj − leader. Leader sa pohybuje od búrkového oblaku k zemi v rýchlo za sebou nasledujúcich žiarivých kvantách, ktoré sú dlhé asi 50 m. Časový rozdiel medzi jednotlivými kvantami je asi 2.10-4 s. Keď sa začne blesk vyvíjať, dosiahne ionizované stredné pásmo jeho kanála v priebehu niekoľkých tisícin sekundy teplotu až 33 000 °C.
Negatívny náboj leadra indukuje na zemskom povrchu silný kladný náboj, a to najmä na predmetoch, ktoré z neho vyčnievajú. Pretože sa nesúhlasné náboje priťahujú, kladný náboj na povrchu zeme ide v ústrety zápornému náboju leadra a pritom vznikajú vzostupné výboje. Jeden zo vzostupných výbojov kladného náboja zeme sa dostane do styku s leadrom a tak určí miesto, kde udrie blesk − vytvorí kanál. Vzostupné výboje dosahujú výšku 30 až 50 m.
Druhá etapa priebehu blesku sa nazýva hlavná etapa. Keď dospeje kanál blesku k zemi, začne ním pretekať elektrický náboj oveľa rýchlejšie a prudšie. Je to mohutný výboj záporného elektrického náboja nahromadeného v oblaku a kladného elektrického náboja nahromadeného elektrostatickou indukciou na zemskom povrchu.
Vývoj blesku, vznik bleskového výboja
Druhy bleskového výboja:
- Tlejivý (sršanie na špicatých vodivých predmetoch – oheň sv. Eliáša). Tieto výboje ešte nemajú dostatočne veľké napätie a preto nemôžu vytvoriť iskrový výboj.
- Iskrový (medzi mrakmi alebo mrakom a zemou) – blesk.
Tvar bleskového výboja:
- Čiarový, postupujúci cestou najmenšieho elektrického odporu a vytvárajúci úzku ionizovanú cestu, ktorou prechádza jasne svietiaci biely alebo ružový výboj.
- Plošný, vo forme tichých, nehlučných svietiacich elektrických výbojov v oblakoch. Javí sa ako vzplanutie oblaku v celom jeho objeme bez hrmenia. Elektrický náboj nestačí na vznik blesku.
- Ružencový (perlový), majúci tvar postupujúcich guličiek, ktoré ležia na jednej čiare vo vzdialenosti 7 až 12 m. Väčšinou prechádza po dráhe, ktorou predtým prešiel čiarový blesk.
- Guľový, javiaci sa ako žiarivá červená alebo žltá guľa s priemerom 10 až 20 cm, ktorá sa pomaly pohybuje a mizne s prudkou explóziou. Pravdepodobne je to útvar elektrónovej plazmy v takmer ustálenom štádiu, ktorý vzniká v ohnisku čiarového blesku.
Blesk má účinky:
- 1. svetelné − kanál blesku, cez ktorý prechádza obrovský prúd, sa veľmi rozohrieva a prudko žiari. To nám umožňuje, že blesk vidíme.
- 2. akustické − blesk vyvoláva expanziu plynov, ktoré sám uvoľňuje. Vzduch v kanáli sa v dôsledku zohriatia rozpína. Tento dej je veľmi rýchly a pripomína výbuch. Po skončení blesku sa teplota prudko znižuje, pritom sa vzduch prudko sťahuje a to spôsobuje otrasy a vytvára sa ohlušujúci zvuk.
- 3. tepelné − rýchle oteplenie materiálov. Množstvo tepla Q=R.I2.t. Napr. pri údere blesku do stromu sa voda v dreve zohrieva, prudko sa vyparuje a má explozívny charakter. Taktiež zlé alebo poškodené elektrické kontakty sú veľmi nebezpečné, pretože pri prechode blesku na nich vzniká iskrenie, prípadne oblúk a tým nebezpečie požiaru.
- 4. mechanické − príčinou mechanických účinkov je náhly vzrast teploty, tlaku plynov a pár, ktoré vznikajú v miestach, ktorými prechádza prúd blesku. Nastáva deformácia vodivých, ale aj nevodivých materiálov.
- 5. elektromagnetické − atmosférické prepätie, rušenie telekomunikácií.
Charakterizujte spôsoby ochrany pred bleskom
Výbojom bleskov sa principiálne nedá zabrániť. Údery bleskov do stavieb alebo v ich blízkosti sú veľmi nebezpečné nielen pre samotné stavby, ale aj pre ľudí, zvieratá, inštalácie a inžinierske siete.
Podľa „STN EN 62305-2 Ochrany pred bleskom“ je prvým krokom pri projektovaní a budovaní ochrany pred bleskom posúdenie rizika pravdepodobných škôd ľudských a na majetku. Na základe analýzy rizika sa určí úroveň ochrany stavby pred bleskom (LPL – lightning protection level) a príslušné parametre systému ochrany pred bleskom (LPS – lightning protection system).
Systém ochrany pred bleskom je zvyčajne zložený z dvoch systémov zariadení a opatrení:
- vonkajšieho,
- vnútorného.
Ochrana pred bleskom
Úloha 5.2
Popíšte typy a zloženie jednotlivých bleskozvodov
Bleskozvod vynašiel v roku 1749 Benjamin Franklin. Známym sa stal aj vďaka pokusom s elektrinou. Do búrkového mračna vypustil šarkana a objavil, že blesk je istá forma elektriny. Ako prvý opísal kladný a záporný elektrický náboj. Jeho portrét je na 100 dolárovej bankovke.
BLESKOZVOD MÁ TRI HLAVNÉ ČASTI:
- Zachytávače (zberač)
- spojenia a zvody
- uzemňovače
Druhy zachytávacích sústav
 | a) Hrebeňová (vonkajšia neizolovaná) − zachytávače musia byť usporiadané tak, aby žiaden bod strechy nebol od nich vzdialený viac ako 10 m. Zvod vedený po povrchu strechy sa považuje za zachytávač. |
 | b) Mrežová (vonkajšia neizolovaná) − na plochých strechách (s max. rozdielom dolného okraja a hrebeňa 1 m) sa robí mrežová sústava. Tvorí ju sieť zachytávačov, ktoré sú v mieste križovania navzájom prepojené. Krajné vodiče siete sledujú okraj strechy. Maximálny rozmer oka môže byť 20 x 20 m, |
 | c) Mrežová (vonkajšia neizolovaná) − umiestňuje sa v mieste najpravdepodobnejšieho zásahu bleskom |
 | d) Stožiarová (vonkajšia izolovaná) − umiestňuje sa na vysokom stožiari mimo chráneného objektu a žiadnou časťou s ním nie je spojená |
 | e) Lanová (vonkajšia izolovaná) − tvorí ju zachytávacie lano zavesené nad chráneným objektom |
 | f) Klietková (vonkajšia izolovaná) − tvorí ju mreža zachytávacích vedení zavesených nad chráneným objektom a je dostatočne od neho vzdialená |
Uveďte prípady nutného zriadenia bleskozvodu
Sú definované štyri hladiny ochrany pred bleskom LPL I, II, III, IV.
- LPL I (trieda LPS)- nemocnice, banky, stanice mobilných operátorov, elektrárne, vodárne, plynárne
- LPL II (trieda LPS) - školy, supermarkety, katedrály, kultúrne pamiatky
- LPL III (trieda LPS) - obytné domy, rodinné domy, poľnohospodárske objekty
- LPL IV (trieda LPS) - objekty a haly bez výskytu osôb a vnútorného vybavenia
Vonkajší systém ochrany pred bleskom LPS slúži na zachytenie bleskového prúdu smerujúceho do budovy a jeho bezpečné zvedenie do zeme bez škôd a následkov.
Rozhodujúce pri voľbe ochrany pred bleskom sú konštrukcia objektu, charakter a tvar jeho strechy-
Úloha 5.3
Opíšte vznik a povahu svetla
Svetlo je časť elektromagnetického žiarenia s vlnovou dĺžkou od 380 nm do 780 nm, ktoré je viditeľné okom. Toto viditeľné spektrum je v časti medzi UV žiarením a infračerveným žiarením. Zloženie svetla a jeho vnímanie okom môže byť rôzne v závislosti na spektrálnom zložení jednotlivých farieb (vlnovej dĺžky a frekvencie) z ktorých sa konkrétne svetlo skladá.
Denné Biele svetlo
je zložené zo základných farieb (vlnových dĺžok) viditeľného spektra – červená, zelená, modrá.
Ich zmiešaním vníma ľudské oko toto spektrum, ako biele svetlo.
Potlačením niektorých farieb spektra sa mení odtieň bieleho svetla (teplá biela, studená biela), Kombináciou farieb môžeme vytvoriť rôznu farebnú škálu, alebo úplnou absenciou niektorých farieb môže vzniknúť monochromatické svetlo určitej vlnovej dĺžky a farby svetla, či už červená, modrá, zelená, alebo iné.
Prirodzeným zdrojom bieleho svetla je Slnko. Emituje fotóny so všetkými vlnovými dĺžkami v rozsahu viditeľného spektra.
Vymenujte elektrické zdroje svetla
Rozlišujú sa prirodzené zdroje svetla (Slnko, Mesiac, svietiaci hmyz, ryby, rádioaktívne a i. minerály) a umelé zdroje svetla.
Zdroje svetla sa rozdeľujú na primárne a sekundárne alebo na vlastné a nevlastné.
- Vlastné zdroje vidíme ich vlastným svetlom, t. j. svetlom, ktoré samé vyžarujú;
- zdroje nevlastné vidíme, len keď v ich okolí je vlastný zdroj svetla, ktoré nevlastný zdroj odráža, rozptyľuje a nerovnakou absorpciou jednotlivých zložiek zloženého svetla prípadne tiež vo farbe pozmeňuje.
- Žiarovka
- Svetelná výbojka
- plnená plynom
- plnená kovovými parami
- Žiarivka
- Oblúkovka
- Elektroluminiscenčný zdroj
Zdroj: https://www.gjar-po.sk/~matus.miscik6d/bleskozvody.pdf