Měli byste se bát blesků? Články

„Bojíš se blesku?“ Nelíbí se mi tento způsob položení otázky. V podstatě naznačuje zkázu a nedostatek iniciativy. Je lepší si o tom promluvit. nebezpečí blesk. Toto slovo naznačuje specifické účinky, které je třeba znát a před nimiž je třeba se chránit. Znalost je vždy aktivní. Znamená protiakci. Hlavním cílem tohoto článku je odstranit mýtické obavy a přimět čtenáře k účinné ochraně před bleskem.

Když se lidé bojí blesku, první věc, kterou zmíní, je napětí na jeho kanálu vzhledem k zemi. Sto milionů voltů zní velmi působivě, zejména pro člověka, který omylem strčil prsty do zásuvky s napětím pouhých 220 V. Nepokoušejte se porovnávat tato dvě napětí, abyste odhadli sílu blesku. Takové srovnání nedá poctivý výsledek. Přímý kontakt s elektrickou sítí 220 V vám dá pocit 220 V v plném rozsahu. A když blesk udeří do člověka, napětí se rozloží přímo úměrně odporu kanálu blesku a lidského těla. Bezpečnostní experti se zaměřují na lidský odpor 1000 Ohmů. Jak velký odpor má blesk? I když kanál blesku dorůstá k zemi, jeho vodivost není příliš vysoká. Odpor kanálu může být klidně 100 Ohmů na metr délky. S délkou 5000 m (což je pro blesk docela průměrná hodnota) se ukáže, že je 500krát větší než odpor člověka. To znamená, že člověk nebude vystaven napětí 100 000 000 V, ale pouze 200 000 V.

Chápu, že jsem vás nijak zvlášť nepotěšil. A přesto je 200 kilovoltů už velmi pozemské číslo. V moderní laboratoři vysokého napětí existují zdroje s napětím desítkykrát vyšším. Došlo někdy k blízkému „seznámení“ mezi nimi a personálem laboratoře? Bohužel odpověď zní ano. Důsledky? Nejsmutnější, i když ne nutně fatální. Moje učitelka, elektrotechnička ve třetí generaci, E. Ja. Rjabkovová, se před dopisovatelem Pravdy (tehdy novin číslo 1) neopatrně přiblížila k výkonné kondenzátorové baterii nabité na téměř 100 kV. Ta přežila a dopisovatel omdlel. Abych se už nevracel k důsledkům přímého zásahu, řeknu, že po kontaktu se zdroji ultravysokého napětí se nikdo v laboratořích nestal jasnovidcem, nezískal schopnost vidět skrz oblečení a nezískal žádné další zázračné vlastnosti, o kterých se tak rádi mluví v televizi. Navíc přímý úder do člověka je extrémně vzácný jev.

Příklad s Ohmovým zákonem jsem potřeboval, abych upozornil na důsledky velké délky dráhy blesku. Ta často a velmi znatelně oslabuje nebezpečné účinky. Během blesku protéká jeho dráhou náboj až 200 C. Pokud tuto hodnotu vynásobíte napětím 100 MV (pohodlnější je psát napětí blesku v megavoltech), dostanete 200 x 100 = 20 000 MJ – tolik energie blesk rozptýlí během svého letu. To je poměrně významná hodnota. Energie stačí k napájení elektromotoru o výkonu 1 kW po dobu téměř 8 měsíců. A přesto se nikdo nebude riskovat řešením energetických problémů bleskem. Veškerá jeho energie je téměř rovnoměrně rozložena na délku 3 – 5, nebo dokonce 10 kilometrů, kde zbytečně ohřívá vzduch. Teplo se uvolňuje i v místě kontaktu s kovovým povrchem. Naštěstí ne mnoho – ne více než 2000 J. To stačí k uvaření asi půl sklenice vody. Toto malé množství však stačí k roztavení střechy domu z kovového profilu nebo kovových tašek. Blesk si s tlustým ocelovým plechem (tlustším než 4 mm) neporadí. Když byl z televizní věže Ostankino odstraněn stožár s vlajkou, který tam stál několik let, bylo na jeho ocelovém hrotu v místech, kam udeřil blesk, vidět mnoho stop po roztavení. Povrch připomínal kůži člověka s neštovicemi. Největší stopa měla sotva 1 cm v průměru a 1 mm do hloubky.

Špička stožáru z televizní věže Ostankino.
Špičku zničilo přibližně 200 úderů blesku.

Je to nebezpečné? Pro konstrukce věžových jeřábů rozhodně ne. Na masivních vaznících není vidět ani škrábanec od blesku. Nedávno jsem musel reagovat na soudní žádost. Rozhodčí soud měl posoudit možnost spolehlivého určení skutečnosti úderu blesku vnější prohlídkou kovových konstrukcí. Musel jsem bezmocně rozhodit rukama. Na druhou stranu, propálení kovové střechy domu je přímou cestou k požáru a to nemůže majitele domu jinak než znepokojovat. Ještě nebezpečnější je roztavení tenké kovové trubice senzoru nebo malé antény. Pro letadlo to může skončit smutně.

Letci si blesku váží, i když téměř nikdy nepropálí duralový potah letadla. Tento potah není vůbec tlustý, zdaleka se nejedná o ty 4 mm, které neodolá ani ten nejsilnější výboj. Důvodem je, že proud vzduchu odfoukne místo kontaktu horkého kanálu s potahem. Účinek bleskového proudu je rozložen na poměrně znatelnou délku a kov se nestihne roztavit.

Kromě poškození senzorů a antén si piloti určitě vzpomenou na přepětí v motoru. Jako teenager jsem musel čelit blesku téměř zblízka. Udeřil před okno, deset metrů od našeho třípatrového domu. Rachot hromu mě na několik minut ohlušil. Blesk vytváří velmi silnou rázovou vlnu. Po průniku sáním vzduchu proudového motoru je silný proud vzduchu zcela odfouknut a odnese všechny produkty spalování. Motor se zastaví. To je přepětí. Restartování motoru za letu vyžaduje od pilota velkou odvahu a štěstí. Hned poznamenám, že přepětí neohrožuje moderní dopravní letadla s motory na pylonech křídel. Blesk se tam nedostane.

Rázová vlna je ještě silnější v hustých médiích, jako je voda. Bylo vyvinuto celé odvětví, které využívá elektrohydraulický jev k drcení pevných materiálů elektrickými jiskrovými výboji v kapalině. Viděli jste někdy pruh kůry odtržený od vrcholu stromu téměř až k patě? To je dílo elektrohydraulického působení. Po úderu do stromu se bleskový proud rozšířil po nejvodivější části kmene, mezi dřevem a kůrou. Téměř okamžité odpařování vlhkosti zvýšilo tlak a kůru odštíplo. Přibližně ze stejného důvodu je kontakt blesku s moderními kompozitními materiály nebezpečný, pokud jejich složky při zahřívání uvolňují plyn. Štípané kovové střešní tašky v místě úderu blesku jsou právě z této řady. Odborníci s napětím sledují masové zavádění kompozitů do konstrukce letadel. Není zde vše jasné. Je zapotřebí dalšího výzkumu.

Vše výše uvedené přímo souvisí s přímým kontaktem objektu s hromosvodem. Volba ochranných prostředků zde proto nepředstavuje žádný zvláštní problém. Stačí například nainstalovat na střechu domu hromosvod, abyste zachránili jeho střechu. Ochránit lze i anténu, včetně dnes zoufale inzerovaných „parabol“, které slibují stovky televizních kanálů. Pokud jde o antény a senzory letadel, chytrý projektant je bude schopen umístit na místa nepřístupná blesku. Situace je zcela jiná s elektromagnetickým polem blesku. To již bylo zmíněno v předchozím článku. Podle Faradayova zákona toto pole indukuje elektromagnetické pole magnetické indukce v jakémkoli obvodu, ať už se jedná o vodiče elektrického vedení, které vedou do vašeho domu, kabel televizní antény nebo připojovací vodiče počítače. Moderní mikroprocesorová technologie je velmi citlivá na rušení. Copak je potřeba mnoho k poškození elektronické jednotky s provozním napětím 3 – 5 V! Je dobré, když se jedná o domácí spotřebiče. Samozřejmě jsou drahé, ale při poškození se ztratí jen peníze. Situace v průmyslu je nesrovnatelně horší. Představte si selhání automatického systému řízení výroby. Počet škod pravděpodobně dosáhne milionů. Je známý případ, kdy jediný úder blesku v důsledku poškození reléové ochrany odpojil 8 naprosto zdravých a bez viny elektrických vedení 110 kV. Oblast s milionem obyvatel zůstala bez elektřiny.

Jeden z rozvaděčů s přepěťovou ochranou (SPD) pro ochranu řídicích a automatizačních obvodů
moderní kompresorová stanice.

Hromosvody nemohou chránit před elektromagnetickými poli – mohou působit na dálku. Proto musí být obzvláště důležité řídicí obvody vybaveny speciálními zařízeními pro ochranu před elektromagnetickým přepětím (SPD). Počet takových nepříliš levných SPD v moderním technickém zařízení se pohybuje ve stovkách, někdy i tisících. Jejich provoz zdaleka není absolutně spolehlivý, a proto je nutné vybavit dalším systémem, který by měl ovládat instalovaná ochranná zařízení. Ukazuje se, že je to velmi složité, a proto ne příliš spolehlivé. Problém čeká na své radikální řešení.

Jak vidíte, nebezpečí blesku by se nemělo přehánět, ale mnohem horší je ho zanedbávat.

E. M. Bazelyan, doktor technických věd, profesor
Energetický institut pojmenovaný po G.M. Kržižanovskij, Moskva

03.02.2015, 3057 zobrazení.