Zibensaizsardzības sistēmas – darbības principi un efektivitātes nosacījumi

Zibensaizsardzības sistēmas ir ierīču un iekārtu komplekss, kas novērš zibens spērienu radītos bojājumus āra vides konstrukcijām, standartgadījumā, dzīvojamajām mājām vai citām celtnēm. Šīs zibensaizsardzības sistēmas galvenās sastāvdaļas ir: gaisa termināli, savienotie novadītāji un zemes elektrodi, kuri nodrošina potenciālo zibens triecienu novadīšanu virzienā uz zemi.

 

Galvenā funkcija – ugunsdrošības saglabāšana

Zibensaizsardzības sistēmas var kalpot gan triecienu novēršanai, gan arī to mīkstināšanai, taču galvenais to uzdevums ir saglabāt konstrukcijas ugunsdrošību. Šim mērķim tiek izmantots zemās pretestības novadītājs, kurš zibens elektrisko strāvu novirza no struktūrām, kuras spēcīgā strāva pretējā gadījumā ārkārtīgi uzkarsētu. Sevišķi tas, protams, attiecas uz viegli uzliesmojošām struktūrām. Taču jāņem arī vērā, ka poraini un ar ūdeni piesātināti veidojumi ir ļoti jutīgi pret zibeni. Karstumā ūdens tvaikiem raksturīgs pēkšņs un tik augsts spiediens, ka struktūra no iekšpuses burtiski eksplodē. Par tipiskāko piemēru šeit var minēt kokus.

 

Vai zibensaizsardzības sistēmas tiešām ir nepieciešamas?

Zibenim raksturīgās spēcīgās enerģijas izlādes, ļoti stiprās strāvas (var pārsniegt pat 150 000 ampērus) un tās straujā pieauguma laika dēļ neviena zibensaizsardzības sistēma nevar garantēt absolūtu drošību. Kaut arī strāva tiek sadalīta pa vairākiem novadīšanas ceļiem, arī atsevišķa tās daļa var būt pietiekami jaudīga, lai nodarītu kaitējumu. Sekundārie blakus-triecieni var būt pietiekami, lai izraisītu uzliesmojumus, bojātu mūri vai betonu, kā arī apdraudētu ēkā atrodošos cilvēkus. Jāņem arī vērā, ka zibensaizsardzības sistēmas var nepasargāt no bojājumiem smalkas elektroniskās iekārtas. Tomēr, kā redzams pēc nu jau vairāk nekā gadsimtu ilgās dažāda veida zibensnovedēju lietošanas prakses, pat visvienkāršāko zibensaizsardzības sistēmu ieguldījums sadzīves drošībā ir milzīgs un nenovērtējams.

 

Detalizētāk par uzbūvi un darbības principiem

1) Gaisa termināli.

Šo komponenti veido strukturāli vienkārši metāla stieņi. Tie atrodas visaugstāk –mājas jumta pašā augšējā stūrī. Katra stieņa galā ir novietota smalka adata vai citos gadījumos arī sfēriska struktūra. Tās uzdevums ir pārtvert zibens impulsu. Zinātnieku vidū vēl nav vienprātības par to, kāda tieši forma šo funkciju pilda visefektīvāk.

 

2) Savienotie novadītāji.

Tie ir masīvi kabeļi, kas sadala strāvu pa atsevišķajiem novadīšanas ceļiem. Tie izvietojas dažādos virzienos pa jumta malām līdz visbeidzot pa vienu vai vairākiem mājas stūriem novirzās uz leju, savienojoties ar zemes elektrodu. Būtiski, ka savienojumam jābūt ne vien ar zemu pretestību, bet arī ar zemu pašinduktivitāti.

 

3) Zemes elektrodi.

Zemes elektrodi ir gari, biezi un masīvi metāla stieņi, kas iesniedzas dziļi zem zemes, kur arī novada izlādi.

Der zināt, ka gaisa termināli, būdami vispazīstamākā zibensaizsardzības sistēmu komponente (tradicionāli zināma vienkārši kā „zibensnovedējs”), nebūt nav pati svarīgākā. Profesionāli izveidoti savienotie novadītāji, zemes elektrodi un abu savienojumi, spēj kalpot pat bez gaisa termināla.

 

Ieskats vēsturē

Zibensaizsardzības sistēmas izgudroja un pirmo reizi 18. gadsimtā aprakstīja Bendžamins Franklins, viens no ASV dibinātājiem, kā arī domātājs un izgudrotājs. Viņa teorijas pamatā bija ideja, ka zibeni var neitralizēt, tā strāvu izkliedējot, tomēr vēlāk viņš no savas teorijas atsacījās, atzīstot, ka paša izgudrotās tehnoloģijas darbības princips ir noslēpumā tīts. Ilgu laiku zinātnieki citādi nespēja zibensaizsardzības sistēmas darbību izskaidrot un tā arī palika pie strāvas „izkliedēšanas” koncepta. Tikai pēc tam, kad 1948. gadā tika izgudrota paātrinātā fotografēšana, kļuva iespējams labāk izprast paša zibens darbības principus. Proti, to, ka zibenim ir ne vien „augšējā” (mākoņu), bet arī „apakšējā” komponente, kas rodas no sprieguma zemes virsū. Pats zibens saskaņā ar šo atklājumu ir spriegumu izlīdzināšanās starp mākoņiem un zemi. Taču, kaut arī šīs dabas parādības principi tika izskaidroti salīdzinoši tik vēlu, zibensaizsardzības sistēmas joprojām tiek veidotas pēc tā paša divus ar pusi gadsimtus vecā modeļa, kuru izstrādājis Bendžamins Franklins.