26 ELEKTRO 5/2013 elektrotechnická praxe Otázky a odpovědi z elektrotechnické praxe Účinky proudu blesku na svody i ve stavbách Otázka 1:ČSN EN 62305-3 ed. 2 v čl. 5.3.4 uvádí mj., že na svodech LPS musí být zabráněno vytvoření instalačních smyček. Pokud tomu není možné zabránit, musí být dodržena do-statečná vzdálenost mezi konci vodiče tvo-řících smyčku. Důvodem, proč je nutné tuto vzdálenost dodržet (vyplývá to z čl. 6.3 nor-my, podle kterého se tato vzdálenost počítá), je nutnost zabránit přeskoku mezi těmito kon-ci při úderu blesku. Existuje ještě nějaký další důvod, proč je třeba dodržet uvedenou vzdá-lenost? Jaké mohou být další účinky blesku?Odpověď 1:Kromě nebezpečí přeskoku hrozí také za-tížení vodiče smyčky velkou mechanickou silou. To je ostatně známo i z teorie. Tu ne-budeme podrobně rozebírat. Postačí, když se obrátíme na definici základní jednotky elek-trického proudu, kterou je ampér. Zjedno-dušeně řečeno, jeden ampér je proud, kte-rý při průchodu dvěma přímými rovnoběž-nými vodiči umístěnými 1 m od sebe vyvolá mezi nimi stálou sílu o velikosti 2 × 10–7 N (0,0000002 N) na jeden metr délky vodiče (obr. 1). Je to síla velmi nepatrná a snad i těž-ko představitelná a obtížně měřitelná (přibliž-ně je to síla, kterou by takřka mikroskopická kapička vody o průměru menším než třetina milimetru působila svou tíhou na podložku).Pro laiky: (Znalci fyziky nechť následující řádky vynechají – ty jsou určeny pouze těm, kte-ří mají z nesrozumitelných vzorečků z doby, kdy zasedali ve školních lavicích, přinejmen-ším smíšené pocity.)Jestliže u jednoho vodiče zvětšíme proud desetkrát (to znamená, že jím bude protékat proud 10 A), zvětší se síla mezi oběma vodi-či desetinásobně. Jestliže pak zvětšíme proud v druhém vodiči desetkrát (to znamená, že oběma vodiči bude protékat proud 10 A), zvětší se síla mezi těmito vodiči stonásobně. Obdob-ně, necháme-li oběma vodiči protékat proud o intenzitě 1 000 A (což je sice značný proud, ale oproti proudům blesku to ještě nemusí nic neznamenat), zvětší se tato síla milionkrát, to znamená, že nabude hodnoty 0,2 N (pokud vám to ještě nic neříká, je to síla, kte-rou tlačí na podložku závaží 2 dkg). A podob-ně, když se dostaneme na hodnoty, které jako maximální (z hlediska normy nikoliv z hle-diska přírody uvádí ČSN EN 62305-1 ed. 2, tj. 200 kA) pro LPL I (Lightning Protection Level I, hladina ochrany před bleskem I), zjistíme, že souběžné vodiče, kterými (kaž-dým z nich) protéká takovýto proud, na sebe na vzdálenost 1 m působí silou 200 000 × × 200 000, tj. 40 000 000 000krát větší než síla vyvolaná průtokem proudu 1 A, tedy si-lou 8 000 N (což je síla rovnocenná té, kte-rou působí zemská tíže na závaží o hmotnos-ti 800 kg).Jestliže máme smyčku o celkové délce vo-diče 2,2 m, přičemž délky l1 = l3 = 1 m a l2 = = s = 0,2 m (viz obr. 2), to znamená, že vzdá-lenost vodičů se sníží na pětinu, působící síla se zvětší pětkrát. Jestliže tedy touto smyčkou protéká uvedený proud 200 kA, bude odpudi-vá síla mezi horním a dolním vodičem smyč-ky ještě pětkrát větší, to znamená 40 000 N (tedy síla rovnocenná působení závaží 4 t).Pro znalce fyziky:Síla F (v N) působící na jednotku délky (1 m) mezi dvěma rovnoběžnými (nekoneč-ně dlouhými) vodiči (ve vakuu) protékanými proudy I1 a I2 vzdálenými od sebe na vzdále-nost r je dána vztahem:r F I1 I2 2 πμ0 2ππ10-7 4 10 0,2 2 10 4 10 0,2 4 2 10 2 10 4 10 7 5 5 F kde μ0 je permeabilita vakua (4 · 10–6 H · m–1) – s touto permeabilitou lze počítat i u vodičů obklopených vzduchem,I1 a I2 proudy protékající prvním a druhým vodičem (A),r vzdálenost mezi vodiči (rovná se vzdá-lenosti d na obr. 1).Jestliže dosadíme do výše uvedeného vzo-rečku přísluršné veličiny, dostaneme:F I1 I2 2 πμ0 2ππ10-7 4 10 0,2 2 10 4 10 0,2 4 2 10 2 10 4 10 7 5 5 F r F I1 I2 2 πμ0 N 2ππ10-7 4 10 40 000 0,2 2 10 4 10 0,2 4 2 10 2 10 4 10 7 5 5 F Dospěli jsme tedy ke stejnému výsledku jako při uplatnění výše uvedených primitiv-ních úvah.Pokračování:Naštěstí uvedená (odvozená nebo vypočíta-ná) síla by neměla působit déle než asi 200 μs (tj. 0,0002 s). Za tu dobu může (vyjdeme-li ze vztahu F × t = m × v = P) předat částem vodičů l1 a l3 hybnost:P = F × t = 40 000 × 0,0002 = 8 N · s = = 8 kg · m · s–1 Předpokládáme-li, že svod je proveden ocelovým drátem z pozinkované oceli o prů-měru 8 mm (průřezu asi 50 mm2), jehož 1 m má hmotnost asi 0,4 kg, udělila by tato síla každému z vodičů l1 a l3 (kdyby nebyly upev-něny a byly jenom volně připojeny) rychlost:v = P / m = 8 / 0,4 = 20 m · s–1 Obě části l1 a l3 by se tedy od sebe rozlét-ly rychlostí 72 km · h–1, tj. rychlostí, která by u automobilu ve městě nebyla ani tím nejto-lerantnějším příslušníkem uznána jako do-volená. Kromě toho to znamená, že energie každé z částí l1 a l3 vodičů smyčky by byla:W = 0,5 · m · v2 = 0,5 × 0,4 × 202 m2/s2 = 80 J Takže tuto energii by mělo být upevňovací zařízení (podpěry vodičů, spojovací součásti apod.) schopné absorbovat. V daném případě by se jim to nemuselo podařit a síla vyvolaná redakce Elektro, Ing. Michal Kříž,informační systém pro elektrotechniky (iiSEL ® ),www.in-el.cz Obr. 2. Smyčka na svodu I1 I3 I2 S Obr. 1. Směry sil vyvolaných průchodem elek-trického proudu rovnoběžnými vodiči d F F i i i i I = I1 + I2 + I3