Villámhárító

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
Villámhárító és levezető kábel egy háztetőn

A villámhárító egy elektromosan jól vezető, mechanikailag erős anyagból - többnyire acélból - készült szerkezet. A villámhárító feladata, hogy megvédje a védelmi terébe tartozó területet a villámcsapástól azzal, hogy a területen felhalmozódott elektromos töltések egy része a villámhárítón el tud távozni, és így kisebb eséllyel következik be villámcsapás az adott helyen.

Elsődleges feladata tehát a villámcsapás megelőzése, és nem a villám levezetése.

A villámhárító három fő részből áll. A felfogót az építmény tetejére erősítik, majd az építményhez egy villámvédelmileg minősített földelést építenek. A kettőt elektromos vezetővel kötik össze. Ha az építmény vonzásterében elektromos töltésfelhalmozódás alakul ki (például zivatarfelhők miatt), az a villámhárítón keresztül megfelelő elvezetésre kerül. Villámhárító nélkül egy közeli villámcsapás az épületben a töltésmegosztás miatt tüzet vagy az elektromos készülékek tönkremenetelét okozhatja, esetleg a benn tartózkodók életét veszélyezteti.

A villámhárító működési elvét Benjamin Franklin találta fel 1749-ben Amerikában[1] és – esetleg tőle függetlenül - Prokop Diviš 1754-ben Európában. Vannak, akik úgy gondolják, hogy Prokop Diviš önállóan fedezte volna fel.[2][3]

Történelem[szerkesztés]

19. századi esernyőre szerelt „Franklin cső”

A villám a történelem kezdetétől foglalkoztatta az emberiséget. A technikai fejlődés előrehaladtával a villámcsapás elleni védekezés egyre fontosabbá vált. A villám bármilyen anyagú építményben (kő, fa, beton) képes jelentős, akár megsemmisítő kárt okozni. Az ipari forradalom során egyre komolyabb értékek születtek, melyek védelme stratégiai fontosságúvá vált.

A 19. században a villámhárító dekorációs elem lett. A villámhárítókra üvegből készült díszeket húztak.[4] Ezeknek a díszeknek a fő célja az volt, hogy bizonyítékul szolgáljon az esetleges villámütésre. Ha vihar után a dísz széttört, akkor a tulajdonosnak ez jelezte, hogy meg kell vizsgálnia a villámhárítót, és az építményt, nem károsodott-e.

Működése[szerkesztés]

A működése azon alapul, hogy töltéskiegyenlítés révén a védett objektum körzetében csökkenti az elektromos térerősséget, amit a közelben lévő viharfelhő elektromos ereje növelt meg.

A villámhárító vége azért hegyes, mert a csúcshatás miatt (lásd: Elektromos szél) az elektronok könnyebben kiléphetnek egyfajta töltéskiegyenlítődést okozva, amely így a levegőben lévő potenciálkülönbséget csökkenti. Ezzel csökkenti az elektromos kisülés esélyét.

A felfogó általában egy acélrúd, megfelelő, villamosan vezető, korrózióvédő anyaggal bevonva. Ezt egy mechanikailag erős tartószerkezet rögzíti az épület tetejéhez. Ehhez kapcsolódik a levezető, mely többnyire korrózióvédett acélsodrony, szintén mechanikailag előírt rögzítéssel mind a felfogóhoz, mind a teljes nyomvonalán az épület tartószerkezetéhez. Végül a levezető az épített földelő-rendszer kivezetéseihez csatlakozik.

A felfogót a méret, elrendezés tekintetében az adott épület villámvédelmi besorolása szerint kell tervezni. A levezetőket az épületburkolat, illetve a burkolat alatti anyagnak megfelelő besorolás szerinti távtartókkal és mennyiségben helyezik el, a statikai és tűzvédelmi előírások betartásával. A földelés többféle lehet. Megfelelő minősítés esetén az épület vasbeton alapja is szolgálhat betonalap földelőül, de emellett rúd- és lemezföldelők, komolyabb, kiterjedt helyeken földelőhálók is alkalmazhatók a villámvédelemre vonatkozó speciális előírások betartása mellett. Az áramszolgáltató által előírt, az érintésvédelmet szolgáló földelőrudak önmagukban nem elegendők villámvédelemre.

Távvezetékek védelmére a vezetékekkel párhuzamos, azok felett futó, az oszlopok szerkezete által földelt vezetéket használnak.

A villámhárító nem véd a saját maga által vezetett, illetve más, közeli villámcsapások másodlagos hatásaitól. Ezek kockázatát a további előírások/lehetőségek (EPH - egyenpotenciálra hozás, illetve többlépcsős túlfeszültség védelem) alkalmazásával lehet csökkenteni.

A 30 méternél alacsonyabb épületeknél a villámhárító egy 45 fokos védelemkúpot képez,[5] amelynek a földelési sugara megközelítőleg egyenlő a villámhárító magasságával. Magasabb épületeken a védett terület körülbelül 30 méter sugarú lehet.[6]

Mivel ez nem kielégítő magasabb épületeknél, egy eddigieknél jobb megoldást fejlesztett ki Dr Horváth Tibor,[7] az úgynevezett gördülő gömb technikát. Amikor átívelés van a föld felé, akkor a legközelebbi, a földdel hasonló potenciálú tárgy felé igyekszik haladni. A maximális távolságot minden egyes kisülésnél kritikus távolságnak nevezik és ez arányos az elektromos feszültség nagyságával. Ezen a kritikus távolságon belül azokon a tárgyakon keresztül fog megtörténni az átívelés, amelyek legközelebb állnak a villámot létrehozó magas potenciálú helyhez.[8]

Ahogy a villám átível, azon a tárgyon keresztül fog haladni, amely a kritikus távolságon belül van, és potenciálja közel van a földpotenciálhoz, vagy megegyezik azzal. Ezt figyelembe véve egy gömböt rajzolhatunk a villám lehetséges átívelési pontjai körül. Ennek alapján megállapítható, mely részek biztonságosak a villámtól. Ott, ahol nagy valószínűség van a villámcsapásra, villámhárítót helyeznek el.

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. Franklin Sárkánya
  2. Hujer, Karel (1952. december 1.). „Father Procopius Diviš — The European Franklin”. Isis 43 (4), 351–357. o. ISSN 0021-1753.  
  3. (1952. december 1.) „Did Diviš Erect the First European Protective Lightning Rod, and Was His Invention Independent?”. Isis 43 (4), 358–364. o. ISSN 0021-1753.  
  4. "Antique Lightning Rod Ball Hall of Fame". Antique Bottle Collectors Haven. (glass lightning balls collection)
  5. Donlon, Tim, „Lightning Protection for Historic Buildings". Cathedral Communications Limited, 2001.
  6. Encyclopædia Britannica, Encyclopaedia Britannica Ultimate Reference Suite, Encyclopædia Britannica, "lightning rod.". o. (2010) 
  7. Z. A. Hartono & I. Robiah, Misconceptions about lightning and its relation to air terminal design errors, 26. oldal, CIGRE C4 Colloquium 2010, Kuala Lumpur, 16 – 19 May, 2010.
  8. Installation requirements for lightning protection systems - UL 96A 4.7.3.4.2