Sve o munjama i gromovima

Uvod

• istraživanje groma kroz povijest
  1. prva saznanja o prirodi groma
  2. Benjamin Franklin
  3. suvremena istraživanja
  
• djelovanje groma
  1. optičko djelovanje
  2. akustičko djelovanje
  3. mehaničko djelovanje
  4. termičko djelovanje
• nastajanje groma
  1. razvoj udara groma
  2. vrste i polaritet groma
  3. osnovne značajke groma
  
• širenje groma
  1. općenito o modelima udara groma
  2. klasični modeli
  3. Erikssonov model
  4. ostali modeli
  5. dimenzioniranje gromobrana
  
• zaštita od groma
  1. zaštita objekata
  2. zaštita EE postrojenja
  3. zaštita nadzemnih vodova
  4. zaštitne mjere za čovjeka
  

ISTRAŽIVANJE GROMA KROZ POVIJEST

  Kao jedan od najfascinantnijih prirodnih fenomena, grom je kroz najveći dio povijesti fascinirao i plašio čovjeka, zaokupljavao njegovu maštu, no ostao neobjašnjiva pojava sve do nedavno. Čak i danas ta pojava nije sasvim objašnjena i demistificirana, još uvijek znanstvenici imaju pune ruke posla da shvate i objasne neke pojave vezane za udar groma.
U antičko doba, kad je znanstvena misao bila tek u povojima, a bogova je bilo više no stanovnika povećeg sela, gotovo svim narodima i kulturama su grom i grmljavina bili znaci božanskog djelovanja.
Starim grcima grom je predstavljao jedno od Zeusovih oružja koje je za njega načinila Minerva, božica mudrosti.
I Grci i Rimljani su promatrali nebo, plašili se grmljavine kao znaka da su bogovi loše volje ili da se među njima događaju svađe i obračuni. Želeći odobrovoljiti bogove, obožavajući ih i bojeći ih se, svoje hramove su najčešće gradili na mjestima koja je pogodio grom i koja su stoga za njih bila sveta. Dijeleći slična uvjerenja, Asteci su bogove pokušavali odobrovoljiti prinoseći im za žrtvu djevice. Slično je bilo u kulturama i religijama većine starih naroda, a razna praznovjerja su se održala gotovo do današnjih dana. U nekim sredinama još se i danas vjeruje da zvuk crkvenih zvona može odagnati gromove, a sanjke Djeda Božičnjaka po cijelom svijetu vuku jeleni po imenu Donner (grmljavina) i Blitzen (munja).
Preokret u razmišljanjima o fenomenu groma dogodio se sredinom 18. stoljeća zahvaljujući radu i fascinantnim pokusima Benjamina Franklina. On je pomoću njih dokazao da je grom električna pojava te je konstruirao i gromobrane kojima su se objekti i ljudi u njima mogli zaštititi. To je svakako bio ogroman korak naprijed, no trebalo je proteći još dosta vremena da njegove ideje budu prihvaćene u znanosti i u praksi.
Slijedeći veći napredak se dogodio krajem 19. stoljeća, kad su znanstvenicima za istraživanja postali dostupni fotografski i spektroskopski alati. Struju groma među prvima je uspio izmjeriti njemački znanstvenik Pockels koji je mjerio jakost magnetskog polja kojeg bi uzrokovao grom te posredno, preko tog podatka izračunavao jakost struje groma (1897-1900).
Suvremena istraživanja započinju s radom C.T.R. Wilsona koji je prvi vršio mjerenja električnog polja da bi odredio strukturu naboja u oblacima koji sudjeluju u atmosferskim pražnjenjima. Wilson je svojim radom puno doprinio današnjem razumijevanju tih fenomena, a za izum "oblačne komore" (Cloud Chamber) dobio je i Nobelovu nagradu.
Znanost je dalje napredovala malim koracima sve do strelovitog razvoja tehnologije i mjernih tehnika i instrumenata u šezdesetim godinama 20. stoljeća. Taj razvoj je donio nove mogućnosti izučavanja, ali i potrebu za efikasnijim štićenjem objekata i vozila (aviona i svemirskih letjelica), te raznih tehničkih (elektroničkih) naprava osjetljivih na prenapone koji mogu nastati kao posljedica udara groma.

PRVA SAZNANJA O PRIRODI GROMA

Kao jedan od najfascinantnijih prirodnih fenomena grom kroz najveći dio povijesti fascinirao i plašio čovjeka, zaokupljavao njegovu maštu, no ostao neobjašnjiva pojava sve do nedavno. Iako je bila predmetom istraživanja različitih znanstvenika i filozofa kroz gotovo cjelokupnu povijest, čak i danas ta pojava nije sasvim objašnjena i demistificirana, još uvijek znanstvenici imaju pune ruke posla da shvate i objasne neke pojave vezane za udar groma.

U antičko doba, kad je znanstvena misao bila tek u povojima, a bogova je bilo više no stanovnika povećeg sela, gotovo svim narodima i kulturama su grom i grmljavina bili znaci božanskog djelovanja.
Starim grcima grom je predstavljao jedno od Zeusovih oružja koje je za njega načinila Minerva, božica mudrosti.
I Grci i Rimljani su promatrali nebo, plašili se grmljavine kao znaka da su bogovi loše volje ili da se među njima događaju svađe i obračuni. Želeći odobrovoljiti bogove, obožavajući ih i bojeći ih se, svoje hramove su najčešće gradili na mjestima koja je pogodio grom i koja su stoga za njih bila sveta. Dijeleći slična uvjerenja, Asteci su bogove pokušavali odobrovoljiti prinoseći im za žrtvu djevice. Slično je bilo u kulturama i religijama većine starih naroda, a razna praznovjerja su se održala gotovo do današnjih dana. U nekim sredinama još se i danas vjeruje da zvuk crkvenih zvona može odagnati gromove, a sanjke Djeda Božičnjaka po cijelom svijetu vuku jeleni po imenu Donner (grmljavina) i Blitzen (munja).

Preokret u razmišljanjima o fenomenu groma dogodio se sredinom 18. stoljeća zahvaljujući radu i fascinantnim pokusima Benjamina Franklina. On je pomoću njih dokazao da je grom električna pojava te je konstruirao i gromobrane kojima su se objekti i ljudi u njima mogli zaštititi. To je svakako bio ogroman korak naprijed, no trebalo je proteći još dosta vremena da njegove ideje budu prihvaćene u znanosti i u praksi.

Slijedeći veći napredak se dogodio krajem 19. stoljeća, kad su znanstvenicima za istraživanja postali dostupni fotografski i spektroskopski alati. Struju groma među prvima je uspio izmjeriti njemački znanstvenik Pockels koji je mjerio jakost magnetskog polja kojeg bi uzrokovao grom te posredno, preko tog podatka izračunavao jakost struje groma (1897-1900).

Suvremena istraživanja započinju s radom C.T.R. Wilsona koji je prvi vršio mjerenja električnog polja da bi odredio strukturu naboja u oblacima koji sudjeluju u atmosferskim pražnjenjima. Wilson je svojim radom puno doprinio današnjem razumijevanju tih fenomena, a za izum "oblačne komore" (Cloud Chamber) dobio je i Nobelovu nagradu.
Znanost je dalje napredovala malim koracima sve do strelovitog razvoja tehnologije i mjernih tehnika i instrumenata u šezdesetim godinama 20. stoljeća. Taj razvoj je donio nove mogućnosti izučavanja, ali i potrebu za efikasnijim štićenjem objekata i vozila (aviona i svemirskih letjelica), te raznih tehničkih (elektroničkih) naprava osjetljivih na prenapone koji mogu nastati kao posljedica udara groma.

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE

1.Gromovi i politika
2. Kako otjerati ili dozvati grom?

1.Gromovi i politika

U antičkim vremenima ljudi su često nastojali protumačiti raspoloženje i volju bogova pomoću raznih prirodnih pojava kojima bi davali posebno značenje. Iako je dio tih vjerovanja nestao, nešto se ipak zadržalo i do današnjih dana, ponekad kao običaj i tradicija, ali ponekad i kao vjerovanje. Često su ta vjerovanja imala utjecaj na donošenje važnih odluka, a ponekad bila izvor raznih javnih i političkih previranja.

U starom Rimu članovi Augurovog zbora nastojali su procijeniti volju bogova tako što su promatrali južno nebo tražeći munje, ptice i zvijezde padalice. Dobar znak bi bio kad bi zabilježili munju koja se širila s lijeva na desno. Udarac groma s desna na lijevo bio je znak da Jupiter ne odobrava aktualne političke događaje. Što više, kad god su članovi tog zbora prijavili pojavu groma, upravitelji Rima su trebali otkazati sve javne skupove za slijedeći dan. Izvještaji Augurovog zbora tako su postali zgodno sredstvo da se onemoguće neželjena previranja, oteže s donošenjem zakona i zabrane predizborni skupovi.

Nakon 1753. kad je Benjamin Franklin prvi put objavio opis gromobrana mnogi su tzv. Franklinovi štapovi postavljeni na zgrade u američkim kolonijama i sačuvali ih od oštećenja ili uništenja, te su se ubrzo počeli koristiti po cijelom svijetu. Nisu svi ljudi odmah uvidjeli korist od gromobrana. Neki su smatrali da gromobrani zapravo privlače gromove i povećavaju opasnost za same zgrade. Znanstvenici koji su zastupali takve ideje došli su do koncepta gromobrana bez hvataljke za kojeg su smatrali da će zaštiti zgradu u slučaju udara, ali neće dodatno privlačiti gromove. Ta dvojba je uskoro postala i predmetom politike. Engleski kralj George III preferirao je ugradnju gromobrana bez hvataljke jer je one s hvataljkom povezivao s pobunjenim američkim kolonijama. East India Company se rukovodila njegovim mišljenjem te zamijenila tip gromobrana na svim svojim skladištima na Sumatri te ubrzo ostala bez jednog od njih koje je uništio udarac groma.

2. Kako otjerati ili dozvati grom?
Ne moramo ići daleko u povijest da bismo otkrili razne čudne, a ponekad i tragikomične običaje i postupke kojima su ljudi nastojali spriječiti udarac groma ili dozvati kišu.
Početkom 19. stoljeća za vrijeme velikih suša ljudi su pokušavali dozvati kišu slijedećim ritualom: trojica ljudi bi se popela na stablo, jedan od njih bi svezao dvije zapaljive vrpce čiji plamen bi imitirao udarac groma, drugi bi sipao vodu preko grana imitirajući kišu, a treći bi udarao u zvona nastojeći privući udarac groma.

U srednjem vijeku u Evropi je nastao običaj da se uoči oluje intenzivno zvoni crkvenim zvonima nastojeći odvratiti udarce groma od crkava i crkvenih objekata koji su često bili najviše građevine i zato najviše izloženi gromovima. Otud potiče i česta gravura na zvonima iz tog vremena "Fulgura Frango" što znači "Ja lomim gromove".
Često se ta praksa pokazivala kontraproduktivnom pa postoji podatak da su samo u Francuskoj za vrijeme od 1753. do 1786. gromovi pogodili 386 crkvenih tornjeva. Struja groma koja bi se spuštala kroz zvonarevo uže ubila je 103 zvonara. 1786 vlasti su konačno zabranile takve pokušaje.
U 18. stoljeću crkve su često bile korištene kao skladišta vojnog materijala. Time je postignuta vrlo opasna kombinacija visokog rizika od udara groma i eksplozivnog punjenja. Kombinacija se u više navrata pokazala kobnom, tako je 1769 grom pogodio toranj crkve St. nazaire u Bresci u kojoj je bilo uskladišteno stotinjak tona baruta. Rezuultat je bila eksplozija koja je uništila otprilike šestinu grada i ubila 3000 ljudi. To ipak nije zaustavilo tu praksu pa su se slične nesreće događale i poslije.

BENJAMIN FRANKLIN

Dok B. Franklin nije izveo pokus zmajem za elektricitet se mislilo da ga definiraju dvije sile suprostavljene jedna drugoj. Od tada se zna da je elektricitet jedinka koja nakon nastajanja ne može samo tako nestati i biti uništena. Elekticitet je za Franklina bio poput tekućine kojoj je uspijevao mijenjati smjer protoka kako je želio. Upravo na ovoj teoriji su nastali današnji akumulatori sa "+" i "-" polom. Dakle, još iz toga vremena datira činjenica da je pozitvan smjer struje od mjesta (pola) većeg ka mjestu (polu) manjeg elektriciteta. Plus i minus pol, vodič, naboj, armatura su bili samo neki od termina koje je Franklin uveo da bi njegova teorija mogla opstati. Za mnoge od tih termina zamjena nije pronađena ni danas.

POKUS SA ZMAJEM

Za dokazivanje svoje teorije da elektricitet nastaje prilikom udara groma, Benjamin Franklin je imao mnogo ideja. Prva ideja je bila privući elektricitet na vrh tornja crkve u Filadelfiji. Kako je za izgradnju tornja trebalo dosta vremena, sjetio se da bi bilo lakše približiti se oblacima koji su "bogati" gromovima. Za tu priliku Franklin je konstruirao zmaj. Na vrhu toga zmaja bila je željezna žica (koja je trebala privući elektricitet), a na rubovima konci od konoplje. Nakon što je konstruirao zmaja, Franklin je otišao u područja koja su bila poznata po grmljavinama. Kako se bojao podrugivanja i podsmjehivanja, nije nikome govorio o svojim planovima, nego je uz pomoć svoga sina otišao u polje i za vrijeme oluje dignuo zmaja u zrak. Za vrijeme pokusu njih dvojica su koristili sjenicu kao zaštitu od udara groma. Eksperiment u početku nije davao pažnje vrijedne rezultate. U trenutku kad je već posumnjao u postojanost svoje teorije, uočio je da su konci konoplje međusobno razmaknuti. Izgledali su kao da je svaki od njih spojen na zaseban strujni vodič.Kako se poslije navodi u rukopisima, osjećaj koji je u tom trenutku stanovao u njegovom tijelu nije nikada zaboravio.
Kako bi još više učvrstio vlastitu teoriju elektriciteta, na kraju konca je pričvrstio ključ i zmaja ponovo dignuo što bliže "gromovitim" oblacima. Nakon određenog vremena na kraju ključa se pojavila evidentna i jasno vidljiva električna iskra. U trenutku kad je kiša smočila konac i ključ isti su akumulirali znatnu količinu elektriciteta.
Franklin je u lipnju 1752. godine dokazao postojanost svoje teorije. Međutim, ona je dugo vremena ostala misteriozna i maglovita, jer Franklin svoje zabilješke nije objavio. Sve što je o događajima toga lipanjskog dana zabilježeno objavio je petnaest godina poslije J.Presteley koristeći Franklinove zabilješke.

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE

Osim pokusa zmajem, Franklin je svoju teoriju pokušao dokazati i na druge načine.
Na vrhu dimnjaka svoje kuće je pričvrstio željezni štap kako bi privukao gromove. Željezni štap je bio dugačak otprilke 2,80 metara. Na donju stranu štapa Franklin je pričvrstio žicu, a istu proveo kroz staklenu cijev i spojio na zvonce u hodniku. Drugo zvonce se nalazilo 15 cm od prvog, a između njih je na svilenom koncu vjesila mjedena kuglica. Drugo zvonce je žicom bilo uzemljeno na pumpu za vodu u dvorištu.

Svaki put kad je došlo da udara groma, željezni štap na vrhu krova je proveo elektricitet i zvona su se oglašavala. Ponekad je količina elektriciteta bila dovoljna da osvjetli čitav hodnik tako da je po njegovim riječima "mogao bez problema pronaći iglu".

Zvona su se oglašavala često što se može vidjeti iz pisma njegove supruge koja ga u njemu moli da joj objasni kako da isključi tu "spravu" koja zvoni gotovo za vrijeme svakog nevremena.

SUVREMENA ISTRAŽIVANJA

Novija istraživanja groma idu u više pravaca.

Jedan od njih je razvoj mreže uređaja za detekciju i registraciju gromova. Takva mreža uspostavljena je u većinini zapadnih zemalja. Sastoji se od senzora koji su osjetljivi na promjene električnog i magnetskog polja koje uzrokuje udar groma.
Takvi senzori su međusobno povezani te se s jednog mjesta može pregledno motriti situacija na većem području.
Primjena takve mreže je dvojaka: pomoću nje se može u realnom vremenu pratiti razvoj oluje te davati pravodobna upozorenja i poduzimati određene korake u smislu pripreme elektroenergetskog sustava na otežane i rizične uvijete rada, ali služi i za dobijanje točnih podataka o raspodjeli broja udara groma na nekom području godišnje što je vrlo važan podatak za dimenzioniranje gromobranske zaštite.

Drugi važan pravac istraživanja je da se neprestano pokušava bolje snimiti i matematički opisati pojave pri udaru groma. Pri izučavanju tih pojava znanstvenici su imali puno koristi od pokusa sa umjetno izazvanim gromovima. Grom se dobijao tako da se prema olujnom oblaku lansira raketa koja je uzemljena pomoću žice koja se s nje odmotava pri letu. U većini slučajeva dođe do udara groma u uzemljenu raketu te se pomoću raznih instrumenata snimaju pojave koje se pri tome događaju.

OPTIČKO DJELOVANJE

Prema svjetlosnim učincima što ih izaziva atmosfersko izbijanje udomaćilo se munji pridavati različite narodne nazive. Tako, ako je izbijanje vidljivo našem oku u obliku jedne crte koja se u blizini tla grana, onda takvo izbijanje nazivamo linijskom munjom, a ako ima više takvih crta, to je tzv. trakasta munja. Događa se da izbijanja vidimo u obliku malih svijetlih kuglica koje slijede jedna za drugom. To nazivamo perlastom munjom ili loptastom munjom ukoliko to izbijanje vidimo u obliku veće lopte dužeg repa. Katkad ne čujemo nikakvu grmljavinu, a vidimo samo svijetlost, pa to izbijanje nazivamo munjom sijevalicom ili svjetlucanjem vremena. Koji će put biti obrnuto: čujemo samo grmljavinu, a ne vidimo svijetlost, pa je to tzv. tamna munja. Svijetlost munje nam se ponekad čini da "titra", a to se događa onda kad u kratkim vremenskim razmacima od nekoliko stotinki sekunde prolazi nekoliko uzastopnih munja istim kanalom.

Danas , kad su fizikalna svojstva munje više ili manje istražena, možemo reći da su njezini svjetlosni učinci zapravo zračenje vruće plazme od cca 3000 °C. Ti svjetlosni učinci atmosferskog izbijanja, koji su dostupni čovječjem oku, mogu navesti na pogrešne zaključke u obliku putanje munje i o njezinim pravim dimenzijama. Tek razvoj fotografije omogućio je da doznamo nešto više o tome. Snimajući munju ustanovilo se da je njezin svjetlosni promjer od 5 do 30 cm, ovisno o tome kakav smo film i ekspoziciju imali, a struja je munje koncentrirana na svega 1 mm promjera, kako je to laboratorijskim ispitivanjima utvrđeno.

AKUSTIČKO DJELOVANJE

U kanalu u kojem teče struja izbijanja vlada visoka temperatura i visoki tlak pod kojim se nalazi vodljiva plazma. To stanje traje dok kanalom teče struja. Čim prestane teći struja koja je silama vlastitog magnetskog polja bila sabijena na vrlo mali presjek, oslobađa se tlak plazme i širi se radijalno prema van. Taj sada zračni tlak djeluje na naše uho i mi govorimo da čujemo grmljavinu. Nerazumijevajući pojavu grmljavine i bljeska dokraja, čovjek joj je u prošlosti, kako smo već spomenuli, pridavao i božansko porijeklo. Tako je stari germanski bog Donar sa svojim batom bio utjelovljenje grmljavine.

Tlačni val se giba. Najviši je tlak u samoj blizini, nekoliko centimetara od kanala munje, zatim se na nekoj udaljenosti on naglo smanjuje. Grmljavinu, koja je akustički učinak tog tlaka, čujemo na izvjesnoj udaljenosti od udara munje kao prasak uz tutnjavu, a ako smo još udaljeniji, čujemo je kao neku buku. Na udaljenosti već od 10 km ne čujemo od te pojave ništa. Ako bismo se nalazili sasvim blizu udara munje u zemlju, moglo bi nam se dogoditi da, zbog visokog tlaka koji vlada u toj zoni, izgubimo svaki osjećaj za ta zbivanja u toj pojavi.

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE

UDALJENOST OD UDARA GROMA

Vjerujemo da su se mnogi ljudi barem jednom u životu zapitali na kojoj udaljenosti od njih je udario grom. To je moguće izračunati na vrlo jednostavan način. Kad vidimo munju, počnemo brojati sekunde dok ne čujemo grmljavinu. Broj sekundi pomnožimo brzinom zvuka u zraku koja iznosi približno 340 metara u sekundi. Rezultat je upravo ono što tražimo, udaljenost na kojoj je grom udario (u metrima). Pri tome smo brzinu svjetlosti koja iznosi približno 300 000 kilometara u sekundi zanemarili jer ne utječe na račun zato što je puno veća od brzine zvuka.

MEHANIČKO DJELOVANJE

Grom osim akustičkog i optičkog u prirodi ima i mehaničko djelovanje. Naime, utvrđeno je da je udar munje znao oštetiti dijelove zgrade, npr. dimnjak, ili razoriti stablo, mali drveni stup. Ali ne samo to. Još se opazilo da su se nakon prolaska struje munje u neke vodiče oni izobličili, posebno onda kad su bili ispunjeni standardni uvijeti smijera protjecanja struje. Znači, kad raspravljamo o struji munje možemo govoriti i o nekoj sili koja je u stanju obaviti mehaničko djelovanje, npr. razarati, deformirati i dr. Utvrđeno je, dalje, da se ta pojavljuje na dva načina. Prvi, koji izaziva mehaničku silu, djeluje uz pomoć tlaka koji je vrlo velik. Međutim, taj tlak postaje mnogo jači kad se cijela ta pojava zbiva u zatvorenom prostoru, a ne u zraku. Tako, ako struja munje prolazi kroz pukotinu u zidu neke kuće, pa osobito ako su te pukotine vlažne onda tlak u njima toliko naraste da ga stijenke zida ne mogu izdržati - nastupa oštećenje. Posebno se ta pojava očituje kad struja munje prolazi kroz kapilare nekog stabla ili drvenog stupa. Tada će, što se često događa, doći do rasprsnuća stabla ili stupa.
Na drugi način djelovanja mehaničkih sila nailazimo onda kad struja munje prolazi nekim magnetskim poljem i reže njegove silnice. To se događa npr. ako struja munje teče nekim vodičem, a on se nalazi u magnetskom polju Zemlje. To se rijetko susreće, a i nije tako atraktivno jer je Zemljino magnetsko polje maleno pa su i sile koje nastaju male, a računale bi se prema izrazu P = B * ig * l (P je sila, B magnetska indukcija, ig jačina struje groma, l duljina vodiča koji je protjecan strujom).
Mnogo se jače sile uspostavljaju pod utjecajem magnetskog polja koje je u nekoj petlji stvorila sama struja munje.
Ta je sila jača, pa uz određeni razmak a uz određeni razmak vodiča zamke i duljine l ona će biti proporcionalna čak kvadratu struje munje, pa je možemo izraziti formulom:

Ako u vodičima koji čine zamku struja protječe istim smijerom, onda njih ta izazvana sila primiče jednog prema drugome. A sko tim vodičima teče struja različitim smjerovima, ta će ih sila udaljavati.
Uglavnom, sve mehaničke deformacije električnih instalacija ili aparata kroz koje je tekla struja munje nastaju zbog elektrodinamičkih sila.

TERMIČKO DJELOVANJE

Najviša temperatura u kanalu groma postiže se na mjestu gdje struja ulazi u neku metalnu površinu, dakle na dnu kanala. Zato se na tim mjestima i rastali pokoji centimetar kvadratni metalne površine. Ali to je tako malo da promjer tih rastaljenih dijelova površine ne iznosi više od 5 do 20 mm. Zato je te rupice i teško pronaći u prirodi ili na bilo kojem drugom mjestu koje nije posebno promatrano. To se tumači time što najveći dio energije munje prelazi zračenjem i pretlakom u okolinu, a manji se dio potroši na zagrijavanje i rastaljivanje metalne površine. Negdje taj potrošak energije na površini iznosi za srednje munje 150 Ws, a za jače munje najviše do 7000 Ws. Može se računati da će jaka munja propaliti rupu promjera od 20 mm u čeličnom limu debljine 0.5 mm.

Kod ovog termičkog djelovanja munje, odnosno pri taljenju materijala bilo površine, ili vodiča, nastaju visoki tlakovi pa su zbog toga moguća i mehanička razaranja, posebno ako su te staze (vodiči) kojima teče struja u zidovima zgrada. Eventualni požari i eksplozije mogu se protumačiti kao posljedica iskrenja metalnih dijelova na mjestima gdje ulazi ili izlazi struja, ili su rezultati jakog zagrijavanja na mjestima gdje struja groma naiđe na veliki prijelazni otpor zbog lošeg kontakta ili drugih razloga.

Vrlo se često protjecanje struje munje poslije udara nastavlja kroz zemlju. Pa budući da struja munje proizvodi toplinu, poslije prestanka strujanja nailazimo na izgorjeli pijesak cvjetasta oblika. To su tzv. fuluriti.

Do sad smo saznali da je udar groma zapravo pražnjenje statičkog elektriciteta nakupljenog u oblacima, no nismo rekli kako nastaje taj elektricitet. Tipični olujni oblak odgovoran za gromove je kumulonimbus - oblak velike mase koji se diže u visinu i do 15 km, a osnovica mu je udaljena od tla 2-3 km. Obično nastaju u toplim razdobljima godine kad se tlo zagrije pa se s njega diže topli zrak i kreće prema hladnoj visokoj atmosferi. Pri određenoj brzini tog vjetra kišne kapi usmjerene prema tlu kreću se i sudaraju jedna s drugom pri čemu nastaju veće i manje kapljice. Tako nastale manje kapljice ostaju elekktrički negativno nabijene, dok veće kapljice budu pozitivno nabijene. Te manje i lakše kapljice vjetar odnosi u gornji dio oblaka koji stoga biva uglavnom negativno nabijen, dok se u donjem dijelu oblaka skuplja pozitivan naboj. U stvarnosti proces je jako složen, a raspodjela naboja u oblaku može dosta varirati te je teško reći koji će dio oblaka biti kako elektriziran. Tako elektriziran oblak izaziva povećanje vrijednosti električnog polja blizu zemlje. Ako to polje postigne vrijednost 15 - 20 kV/m dolazi do proboja.
Prema približnoj procjeni možemo izračunati da pri tome razlika potencijala između zemlje i donjeg dijela oblaka pri tome iznosi i nekoliko desetaka milijuna volta.
Najčešći su udari groma negativnog polariteta koji počinju od oblaka i završavaju na tlu. Zato ćemo u daljnjem opisu obraditi takav primjer. Negativni naboj iz oblaka se počinje kretati prema tlu kad jakost električnog polja u blizini oblaka premaši probojnu čvrstoću zraka i vodenih kapljica (500 - 1000 kV/m). Probojna čvrstoća nekog medija je najveća vrijednost električnog polja kod koje još ne dolazi do proboja.
Izbijanje (naboj) se dalje probija skokovito prema tlu. Pojedinačni skokovi nastaju svakih 40-100ms na udaljenosti od otprilike 50m. Nakon svakog izbijanja obično se mijenja smijer pa izbijanje izgleda stepenasto. Najistureniji, početni dio naboja naziva se predvodnik, a kanal kojim je on prošao ostaje ioniziran i pun negativnog naboja. Što se više predvodnik približava zemlji i isturenim objektima na njoj on na njima privlači sve više pozitivnih naboja koji se nakupljaju na gornjem kraju objekta. To privlačenje je to jače što je predvodnik bliže zemlji ili objektu na njoj. Zbog toga naglo raste jakost električnog polja u blizini zemlje te kad ona premaši probojnu čvrstoću zraka, dolazi do uzlaznog izbijanja suprotnog (pozitivnog) polariteta od zemlje prema predvodniku. U trenutku kad se ta dva izbijanja spoje dolazi do jakog prodora pozitivnog naboja iz uzlaznog izbijanja u negativno ionizirani kanal predvodnika te do neutraliziranja naboja. To nazivamo glavnim pražnjenjem, a ono traje 70-100 ms i popraćeno je jakim svjetlucanjem i bljeskovima.

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE

Cijeli proces izbijanja može ali i ne mora prestati nakon jednog ciklusa. Tim jednim udarom nisu neutralizirani svi naboji u oblaku. Nakon kratkog vremena ( 50-100ms ) unutar oblaka se naboji pregrupiraju te može doći do ponovnog izbijanja. Ono se odvija na isti način kao i prvo, osim što se predvodnik ovaj put kreće ioniziranom zonom nastalom pri prvom izbijanju. Takvih uzastopnih izbijanja najčešće ima više, u prosjeku 4-5, No ona se odvijaju tako brzo da to ljudsko oko ne može primjetiti. Ponekad nam se ipak učini da pri udaru groma vidimo nekakvo titranje pa to možemo objasniti uzastopnim izbojima. Cijeli proces od više uzastopnih izbijanja traje najčešće 0.2 do 1 s.

VRSTE I POLARITET GROMA

Fizikalna zbivanja pri nastajanju groma u prethodnom poglavlju tumačena su uz pretpostavku negativnog izbijanja iz oblaka prema tlu. U krajevima s umjerenom klimom mehanizam je takav u 80-90% slučajeva.
No ima i drugih rasporeda naboja u oblacima i drugih vrsta udara groma prema polaritetu i smijeru udara groma. Općenito uzevši možemo imati slijedeće slučajeve koji su prikazani sličicama s lijeve strane:
- pozitivni silazni grom,
- pozitivni uzlazni grom,
- negativni silazni grom,
- negativni uzlazni grom.

Uzlazni gromovi koji započinju na nekom objektu na zemlji i kreću se prema nabijenom oblaku su puno rjeđi.

Struje groma su mjerene za različite vrste groma, a rezultate tih mjerenja bismo mogli predočiti dijagramima na kojima je prikazano kako se mijenja jakost struje groma kroz vrijeme u jednom od ciklusa izbijanja.
Kod najčešćih silaznih negativnih izbijanja je cijela pojava nakon 100 ms gotovo u potpunosti završena, a struja nakon toga sve više slabi. Kod rijeđih silaznih pozitivnih gromova strujni impulsi duže traju, jakosti struja su nešto veće, no veće je i vrijeme za koje struja postigne maksimalnu vrijednost.

OSNOVNE ZNAČAJKE GROMA

Sa stanovišta zaštite najvažnija veličina je struja groma jer ona prilikom udara protječe pogođenim objektom. Ta struja nije konstantna kroz vrijeme nego ona vrlo brzo naraste do najveće (tjemene) vrijednosti, i dalje postupno opada (približno eksponencijalno). Vrijeme od početka pojave do postizanja tjemene struje nazivamo čelom groma.
Negativni udari groma stvaraju strujne valove koji se po obliku mogu relativno mnogo razlikovati. Uprvom izbijanju trajanje čela negativnog izbijanja je 10-15ms. Pri slijedećim izbijanjima (ako postoje) trajanje čela je puno kraće ali struja opada polaganije. Također je pri tim izbijanjima tjemena vrijednost struje manja nego pri prvom izbijanju.
Pozitivni udari groma se obično sastoje od jednog izbijanja koje traje od 0.1-0.2s. Trajanje čela je relativno dugo i kreće se od 20 do 50 ms, a tjemene vrijednosti pozitivnih struja mogu narasti i na više od 1000kA.

TJEMENA VRIJEDNOST STRUJE GROMA:

Tjemena vrijednost struje groma je najvažnija veličina jer se pomoću nje može izračunati pad napona koji ona stvara protičući kroz neki objekt na zemlji: U=I*R.
Stoga je ona bitna za proračunavanje zaštita od groma. Naravno da ne znamo unaprijed koliku struju groma možemo očekivati i prema tome dimenzionirati zaštitu. Ipak znamo s kojom vjerojatnosti možemo očekivati određenu struju groma i taj podatak možemo iskoristiti u proračunu zaštite.

STRMINA STRUJE GROMA:

Strmina struje groma je zapravo brzina postizanja tjemene vrijednosti struje groma, a izračunavamo je tako da podjelimo tjemenu vrijednost struje sa trajanjem čela vala. Ona je za nas bitna jer te nagle promjene struje stvaraju u svojoj blizini isto tako brzo promjenjiva magnetska polja, a o brzni promjene magnetskog polja direktno ovisi veličina napona koji se inducira na objektima unutar tog polja.
Ukratko: što je veća strmina struje groma inducirat će se veći naponi i pojaviti veće struje na objektima u blizini pražnjenja, a koji čak i ne moraju biti direktno pogođeni gromom. Ako tim objektima i ne naškode inducirani naponi i struje u njima mogu im naškoditi elektromagnetske sile koje se pojavljuju zbog proticanja struja kroz njih (Između dva vodiča protjecana strujom uvijek se javlja odbojna ili privlačna sila. Smijer sile ovisi o smijeru struja, a njena veličina o veličinama struja i o udaljenosti između vodiča.)
Prilikom proračuna gromobranske instalacije mora se voditi računa i o tome da sile na dijelove gromobrana ne budu prevelike i ne oštete sam gromobran.

NABOJ STRUJE GROMA:

Naboj struje groma je ukupan naboj koji se neutralizira prilikom jednog udara. Sam po sebi to i nije tako zanimljiv podatak no o njemu ovisi ukupna energija koja će se osloboditi prilikom od udara, a o količini te energije ovisi da li će se istalitii vrh nekog gromobrana ili dijelić aluminijskog oklopa nekog aviona.
Ta energija se može računati kao umnožak naboja i katodnog pada napona pada napona:
W=QU
Za normalne uvijete pri dimenzioniranju gromobranskih instalacija uzima se da je ukupni naboj 50As, a za pri strožim zahtijevima možemo uzeti da je on 300As, dok je katodni pad napona svega desetak volta.

KVADRATNI IMPULS STRUJE GROMA:

To je veličina koja je mjerodavna za proračun zagrijavanja gromobranske instalacije koja provodi struju groma. On se po definiciji računa po formuli:

gdje je R omski otpor vodiča, i je trenutna vrijednost struje groma a t je vrijeme.

OPĆENITO O MODELIMA UDARA GROMA

Modeli udara groma su analitički alat za izradu studija o zaštiti od udara groma u stupove i zračne vodove. Glavna upotreba ovih modela je za izradu studija o zaštiti energetskih vodova ili osjetljivih instalacija (npr. plinska instalacija) od direktnog udara. Koriste se i za određivanje mjesta postavljanja i dimenzioniranje gromobrana za zaštitu visokih građevina.
Zašto se uopće koristimo tim modelima?
Razlog je jednostavan: Fizikalne pojave prilikom udara groma su jako složene i još djelimično neistražene i teško ih je matemački opisati. Kad bismo i mogli uzeti u obzir sve utjecaje dobili bismo model koji bi bio vjerojatno jako kompliciran i težak za praktičnu uporabu. Zato su nužna određena pojednostavljenja koja su dala različite modele.

Kako se služimo tim modelima?
Ti modeli najčešće definiraju matematički izraz za poslijenji probojni razmak ili za radijus privlačenja, a ti izrazi se koriste na sličan način. Geometrijskom konstrukcijom (link?) nastojimo odrediti takav smještaj i dimenzije gromobrana ostvarimo odgovarajuću zaštitu.
Odgovarajuća zaštita je postignuta kada se silazni predvodnik ne može naći na mjestu koje bi bilo udaljeno za vrijednost manju od radijusa privlačenja objekta od tog objekta i istovremeno na udaljenosti većoj od radijusa privlačenja gromobrana od samog gromobrana.

KLASIČNI MODELI

Klasični modeli temelje se na udarnom razmaku (ili poslijednjem probojnom razmaku) S(I). To je takva udaljenost pri kojoj ako glava predvodnika upadne unutar te udaljenosti od najisturenije točke tog objekta, taj će objekt privući grom. Udarni razmak ovisi o količini naboja predvodnika, to jest o vršnoj vrijednosti struje udara:

U gornjoj formuli vršnu struju groma uvrštavamo u kiloamperima, a poslijednji probojni razmak se dobije u metrima.
To je vrlo važna relacija jer direktno povezujevršnu struju groma i poslijednji probojni razmak. Prema klasičnim modelima taj je razmak isti za zemlju i za objekte. Bitno je samo pretpostavka da kad se predvodnik približi nekom objektu na udaljenost probojnog razmaka da će tada doći do pogotka u taj objekt. Različiti autori su predlagali različite vrijednosti koeficijenata u gornjoj formuli,a u slijedećoj tablici su dane neke od tih vrijednosti.

MODEL
Whitehead et Brown	6	0.8
Whitehead	6.4	0.75
IEEE1993	8	0.65
Love	10	0.65

Važno je reći da iako je ovo najstariji model, on se još uvijek široko primjenjuje, pogotovo kad se pri zaštiti objekta možemo zadovoljiti nižim sigurnosnim uvijetima, ili kod projektiranja manjih gromobranskih instalacija.

ERIKSSONOV MODEL

Za razliku od ranijih pristupa u kojima je udarni razmak funkcija samo amplitude struje ovaj model uzima u obzir i visinu promatranog objekta jer se pretpostavlja da će oni više "privlačiti" gromove što bi bolje odgovaralo stvarnoj situaciji. Izveden je uz puno složenije pretpostavke, a glavna razlika u odnosu na klasične modele je ta što se uzimalo u obzir povećanje električnog polja u blizini povišenih objekata. Do udara u objekt može doći samo u slučaju kada vrh silaznog predvodnika dosegne volumen iznad strukture određen radijusom privlačenja Ra .
Primjena modela na strukturama različite visine i uz različite vrijednosti struja daje podatke regresijom kojih se došlo do izraza:
(u svim formulama udaljenosti se uvrštavaju u metrima, struje u kiloamperima, a koeficijenti nemaju jedinicu)

gdje je:


Radijus privlačenja Ra je takva udaljenost za koju svi udari groma na udaljenosti manjoj od Ra bivaju privučeni od strane objekta. Radijus privlačenja zemlje je nula i samo objekti iznad razine zemlje imaju radijus privlačenja. Kombinirajući eksperimentalne rezultate i fizikalna razmatranja Eriksson je predložio dvije formule za taj radijus, jednu za stupove (Rat) i drugu za horizontalno položene vodiče (Rac) :



Osim toga predložio je i drugu pojednostavljenu formulu koja daje slične rezultate, a mogla bi se primijeniti na bilo koji objekt (bilo kojih dimenzija):

gdje je h visina objekta iznad zemlje u metrima, a R je radijus privlačenja u metrima.
Erikssonov model iskušan je u praksi i pokazano je da daje bolje rezultate od klasičnih modela u većini slučajeva.

OSTALI MODELI

Osim Erikssonovog razvijeni su i drugi, još složeniji modeli koji su uzimali u obzir ili neke specifičnosti zaštite određene vrste objekata ili nastojali u proračun uzeti većinu poznatih utjecaja kod udara groma. Možemo spomenuti dva modela:
- općeniti model nastanka predvodnika (Rizkov Model),
- model kretanja predvodnika

OPĆENITI MODEL NASTANKA PREDVODNIKA (Rizkov Model)

Ovaj model načinjen je nakon detaljnijeg razmatranja mehanizma nastanka pozitivnog (uzlaznog) predvodnika pod utjecajem negativnog silaznog predvodnika, kao i kasnijeg kretanja tih predvodnika. Razmatrane su prilike pri pojavi korone kao trenutka kad dolazi do stvaranja uzlaznog predvodnika. Stoga je ovaj modl pogodan za konfiguracije za koje je napon nastanka korone manji od napona nastanka pozitivnog predvodnika, tj. za za elektrode dimenzija manjih od kritičnog radijusa korone. Zbog toga najčešću primjenu nalazi kod razmatranja prilika oko nadzemnih vodiča. Konačni izrazi za proračun radijusa privlačenja su:


gdje je Rac radijus privlačenja za horizontalne vodiče, h je visina vodiča iznad zemlje, I je struja groma, a Rat(I,40) radijus privlačenja za stupove visine 40 m. U formulama struje treba uvrštavati u kiloamperima, a visinu i radijus u metrima.

MODEL KRETANJA PREDVODNIKA
U stvaranju ovog modela krenulo se od višekratnog određivanja rezultantnog električnog polja pri spuštanju negativnog predvodnika, da bi se simulirao naboj u oblaku i stvarni naboj premješten predvodnicima kanala uslijed njihova napredovanja. Rezultat je model koji nije dao nekakvu formulu za radijus privlačenja, već maksimalnu horizontalnu udaljenost kod koje još dolazi do pogotka u strukturu (LD), kao i maksimalnu zaštitnu udaljenost na razini zemlje (PDg).
Primjenom modela dobijen je niz relacija za LD i PDg zarazličite strukture raznih dimenzija i na tipičnim konfiguracijama terena.

Kada želimo odrediti ili provjeriti valjanost neke gromobranske instalacije tada krećemo od geometrijsko-električnog modela. Pri tome se još uvijek najčešće koristi neki od klasičnih modela no na isti način može se koristiti i neki od novijih (Erikssonov...).
To znači da uzimamo da se silazni predvodnik kreće u koracima čija dužina je jednaka duljini poslijednjeg probojnog razmaka. Isto tako pretpostavljamo da će on pokrenuti uzlazno izbijanje s nekog objekta kad mu se približi na vrijednost manju od poslijednjeg probojnog razmaka.
Da bismo mogli uopće nešto takvo početi predočavati ili crtati, moramo se najprije odlučiti od kojih najmanjih struja groma želimo sačuvati objekt jer grom koji nosi manje naboja i rezultira manjom strujom, kreće se u manjim koracima, odnosno za njega vrijedi manji poslijednji probojni razmak što predstavlja nepovoljniji slučaj za projektiranje zaštite.. Pri tome se odmah odlučujemo za određenu kvalitetu zaštite jer dozvoljavamo da gromovi manje struje i probojnog razmaka eventualno i mogu zaobići gromobran i pogoditi objekt, ali tu vjerojatnost moramo učiniti razmjerno malom.
Novija istraživanja i iskustva iz prakse daju nam slijedeću tablicu u kojoj su prikazani najmanji probojni razmaci za određeni postotak svih promatranih udara.

To znači da ako za konstrukciju odaberemo probojni razmak od 20m tad ćemo napraviti gromobran koji će sačuvati objekt od udara groma u 95% slučajeva, odnosno u objekt neće moći pogoditi grom struje veće od 3.9kA. Još uvijek postoji vjerojatnost da će u objekt udariti grom manjeg probojnog razmaka ali je ona razmjerno mala.
Tada odredimo tip gromobrana, i osnovne njegove dimenzije te konstrukcijom provjerimo da li će ta zaštita odgovarati. U slučaju da ne odgovara, mijenjamo dimenzije ili oblik gromobrana i ponovno vršimo provjeru. Postupak provjere, odnosno geometrijske konstrukcije prikazan je na slijedećoj animaciji.

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE

VJEROJATNOST UDARA GROMA

Vjerojatno ste se do sad već zapitali kolika je u stvari vjerojatnost da će grom pogoditi određenu zgradu ili neki drugi objekt. Može li se to ikako izračunati?
O tome bi svakako trebalo voditi računa prilikom projektiranja njegove gromobranske instalacije.
Prvi korak pri nalaženju te vjrojatnosti bi bio da ustanovimo koliko puta godišnje grom udari na nekom području, recimo na km2. To u prošlosti i nije bilo tako jednostavno ustanoviti jer o tome nisu postojali adekvatni podaci niti službe koje bi se tim bavile. Zato se krenulo od podatka o prosječnom broju grmljavinskih dana u godini za neko područje što je standardni meteorološki podatak. Na osnovu toga podatka izrađene su izokerauničke karte na kojima su linjama spojena mjesta koja imaju isti prosječni broj grmljavinskih dana godišnje.

Takve karte izrađuju se za različita područja a na izokerauničkoj karti svijeta vidimo da područja oko ekvatora uglavnom imaju veliki broj grmljavinskih dana, dok na dalekom sjeveru i jugu gotovo da uopće nema grmljavine.
Znanstvenici su predložili nekoliko izraza koji uz poznatu izokerauničku razinu daju prosječan broj udara groma na 1 kvadratni kilometar godišnje. Jedan od njih je:

U formuli Ns znači očekivani broj udara na kvadratni kilometar godišnje, Ni je izokeraunička razina (broj grmljavinskih dana godišnje), a alfa je geografska širina mjesta. Vidi se da se rezultati mogu kretati u širokom rasponu i više mogu služiti kao orjentacija nego što predstavljaju empirijski podatak. Danas u nekim razvijenim zemljama postoje uređaji koji na principu promjene električnog polja bilježe udare groma na nekom području. Mreže takvih uređaja daju preciznije podatke o broju udara na nekom području godišnje.

Da bismo dobili vjerojatnost pogotka u neki objekt treba nam još i podatak o površini na zemlji na kojoj će taj privući gromove. Taj podatak se dobije iz geometrije samog objekta. Kako?
Zamislimo model samog objekta. Zamislimo i kuglu čiji radijus odgovara poslijednjem probojnom razmaku za prosječnu struju groma na tom području. Ako kotrljamo kuglu uokolo tog objekta tako da ga ona dodiruje i bilježimo mjesta na kojima kugla dotiče zemlju tada smo ocrtali traženu površinu.
Kada znamo prosječan broj udara groma godišnje na 1km2 (NS)i imamo traženu površinu (A) tada podjelimo NS sa A i dobili smo prosječan broj udara u objekt godišnje.

Ovo je prilika da objasnimo sve osnovne elemente neke gromobranske instalacije i uloge tih dijelova u zeštiti zgrada i drugih objekata od udara groma.
Prvi element je hvataljka. To je najistureniji dio gromobrana i njegov je zadatak da na sebe privuče i preuzme udarac groma i tako zaštiti objekt ispod sebe. Pojavljuje se u dva osnovna oblika: kao šipka ili kao uže.
Drugi zadatak gromobranske instalacije je da prihvaćenu struju groma sigurno odvede od hvataljke u zemlju. Za to se postavlja jedan ili više odvoda. Oni moraju izdržati zagrijavanje uzrokovano prolaskom struje groma kroz njih.
Treći zadatak je da se struja groma što bolje odvede u zemlju. Za to služe uzemljivači koji se ukapaju u zemlju i spajaju na odvod. Njihov otpor mora biti što manji kako bi i pad napona na njima uslijed prolaska struje groma bio što manji. Odvod gromobrana ima upravo taj napon i ako on nije dovoljno malen, mogu nastati preskoci sa odvoda prema drugim predmetima u blizini, pogotovo onima koji su uzemljeni na drugi način (npr. vodovodne ili plinske instalacije).
Da se ne bi dogodili takvi povratni preskoci nastoji se otpor uzemljenja, a time i pad napona na njemu izvesti što manjim. Isto tako često se provodi mjera izjednačavanja potencijala. To znači da se električki povežu uzemljivač i metalni dijelovi koji dolaze iz okoline. Na taj način su spriječeni preskoci koji bi mogli nastati uslijed razlike napona na gromobranu i drugim uzemljenim dijelovima.

Jako bitan dio gromobranske instalacije je i uzemljivač. On mora dobro provesti struju groma u zemlju, drugim riječima njegov otpor mora biti što manji. Taj otpor ovisi o karakteristikama zemljišta u koje se ukopava uzemljivač i o geometriji samog uzemljivača. Karakteristika zemljišta bitna za izvedbu dobrog uzemljivača je "specifični otpor tla", a on se definira kao otpor kojeg pruža struji kocka od homogenog zemljišta veličine stranica od 1m. Ako je specifičan otpor veći onda se mora ići na izvedbu uzemljivača većih dimenzija kako bi se ukupni otpor smanjio.
Koji su odnosi specifičnih otpora tla može se zaključiti i uz pomoć slijedeće tablice:

Uzemljivači najčešće dolaze u slijedećim izvedbama:
- trakasti - u obliku metalne trake koja se zakapa u zemlju. Traka je najčešće od pocinčanog čelika, a rjeđe od bakra,
- štapni - u obliku metalne šipke ili cijevi koja se ukopa okomito u zemlju,
- temeljni - metalni vodiči koji se postavljaju u temelje objekta i preko velike površine betona dolaze u kontakt s okolnom zemljom.

Prilikom prolaska struje kroz uzemljivač i njenog daljeg rasprostiranja kroz zemlju stvara se na zemlji raspodjela potencijala najčešće u obliku tzv. potencijalnog lijevka. To znači da je potencijal najviši uz sam uzemljivač, a s povećanjem udaljenosti od uzemljivača on naglo opada. To je logično jer struja pravi najveći pad napona dok se rasprostire na malom području oko uzemljivača. Kad od njega malo odmakne ona ima pred sobom puno veću površinu i stoga manji otpor pa su i padovi napona manji.

Atmosferski prenaponi u elektroenergetskim postrojenjima mogu nastati na dva načina: uslijed direktnog pogotka groma u neki dio postrojenja i uslijed nailaska putnog vala sa dalekovoda koji ulazi u to postrojenje.

ZAŠTITA OD DIREKTNOG UDARA izvodi se šipkastim gromobranima ili zaštitnim užetima prema principima koje smo prethodno opisali uz neke specifičnosti.
Obično se krajevi svih šipkastih gromobrana i zaštitnih užeta spajaju na uzemljenje samog rasklopnog postrojenja. Pri tome treba imati na umu da struja groma na otporu uzemljenja stvara pad napona i da se taj pad napona pojavljuje na kućištima uzemljenih uređaja u rasklopnom postrojenju (transformatora, generatora i drugog). On nikako ne bi smio biti toliki da ugrozi izolaciju tih uređaja. Jedini način da utječemo na taj pad napona je da što je više moguće smanjimo otpor uzemljenja.
Od elemenata rasklopnog postrojenja najviše se štiti transformator. Često se kućište transformatora uzemljuje bar 15m daleko od mjesta uzemljenja gromobrana kako bi i u slučaju pogotka u gromobran napon na kućištu transformatora ostao relativno malen (napon se smanjuje uslijed pada napona zbog prolaska struje kroz zemlju).
Ako takvo rješenje nije moguće onda se transformator štiti dodatnim odvodnikom prenapona.

ZAŠTITA OD PUTNIH VALOVA se uglavnom provodi odvodnicima prenapona.
Odvodnici prenapona su uređaji koji funkcioniraju na slijedeći način:
na odvodniku prenapona se može pojaviti napon koji je manji od od nekog napona prorade odvodnika. U toj situaciji on se ponaša kao izolator i ne vodi struju. Kad napon na odvodniku premaši napon prorade odvodnika, on provede struju. Struja kroz odvodnik pri tome varira, no napon na odvodniku prenapona ostaje otprilike jednak njegovom naponu prorade.
Odvodnici prenapona se postavljaju na ulazu u rasklopno postrojenje i to tako da su jednim krajem spojeni na fazni vodič, dok im je drugi kraj uzemljen. Ako putni val naiđe dalekovodom, prije ulaska u postrojenje nailazi na odvodnik prenapona koji proradi i u postrojenje pušta samo manji prenapon koji je jednak iznosu napona prorade odvodnika prenapona i koji nije opasan za elemente postrojenja.
(tu bi mogla neka animacija!)
Ipak ako grom pogodi dalekovod u neposrednoj blizini postrojenja tada ni odvodnik prenapona ne može odvesti sav prenapon te može doći do njegovog uništenja i do prodora prenapona u postrojenje. Da bi se izbjegao takav slučaj, dalekovodi u blizini rasklopnih postrojenja su pojačano zaštićeni kako bi se eliminirala mogućnost direktnog pogotka u blizini postrojenja i stvorili "zaštićeni prilazi". Putni valovi nastali na većim udaljenostima od postrojenja nisu opasni jer zbog otpora vodiča i pojave korone kretanjem vala opada vršna jakost struje i brzina njena porasta u putnom valu. U trenutku kad takav oslabljeni val naiđe na odvodnik on ne predstavlja više opasnost za njega i za postrojenje.

Nadzemni elektroenergetski vodovi su zbog načina svoje gradnje jedna od vrsta objekata koja je jako izložena riziku od udara groma. Gromovi koji bi pogodili u nadzemne vodove stvorili bi na njima napone koji bi bili veći od onih koje mogu izdržati izolatori na dalekovodu te bi došlo do preskoka i kratkog spoja. Tako stvoreni strujni lukovi ne bi se dugo ugasili jer je za njihovo održavanje dovoljan i napon samih faznih vodiča. Također pri udaru groma na vodu nastaju i putni valovi - link (ili slika?) koji bi se vodovima prenijeli dalje do postrojenja ili potrošača te mogli prouzročiti velike štete ili u krajnjoj liniji proradu zaštite u postrojenjima koja bi na neko vrijeme izbacila vod iz pogona. Zato je bitno da se takvi udari koliko je god to moguće spriječe.
Jedan od osnovnih načina zaštite nadzemnog voda je postavljanje zaštitnog užeta koje je povezano sa stupovima dalekovoda i na svakom stupu dobro uzemljeno. Zaštitno uže se postavlja iznad vodiča tako da su vodiči unutar njegovog zaštićenog područja. Pošto probojni razmak ovisi o vršnoj struji groma, a o toj struji ovise i prenaponi koji bi se stvorili na vodiču u slučaju pogotka u njega, postavlja se pitanje: od koje minimalne struje treba štititi vodič? Naime, štićeno područje računamo uvijek za neku kritičnu struju, dok gromovi manje struje od te kritične ipak mogu pogoditi vodič. Kriterij je taj da ta kritična struja ne smije stvoriti prenapone koji bi bili veći od onih koje može izdržati izolacija voda. Od takve kritične struje onda i štitimo vodiče dalekovoda.
Proračuni za određivanje dosta su složeni.

U praksi se zaštitnim užetima štite svi dalekovodi nazivnog napona iznad 30kV. Najčešće se ne primjenjuje jedno nego dva zaštitna užeta.

Kad grom i pogodi u zaštitno uže moglo bi se dogoditi da on na putu kroz njega, stup i uzemljivač stvori veliki pad napona. Fazni vodiči koji su na svom nazivnom naponu tada bi imali puno manji napon nego dio stupa na kojem su obješeni te izolacija između stupa i vodiča možda to i ne bi izdržala te bi došlo do tzv. "povratnog preskoka" između vodiča i stupa. Takvi preskoci mogu trajno oštetiti izolaciju te izbaciti vod iz pogona na duže vrijeme.
Na sprečavanje takve pojave može se djelovati tako da se otpor uzemljenja stupa učini što manjim. Grubo uzevši, otpor uzemljenja niti na jednom mjestu ne bi smio premašiti 15 Ohma.

Još jedan uređaj se koristi za smanjenje takvih prenapona, a to je zaštitno iskrište.
Postavlja se paralelno izolatorskom lancu na kojemu vise fazni vodiči odnosno koji izolira fazni vodič od stupa dalekovoda. Napon pri kojemu se na iskrištu pojavljuje preskok je manji od napona kojeg može podnijeti izolacija voda. Osnovna mu je zadaća da odmakne luk nastao uslijed povratnog preskoka od izolatorskog lanca i tako spriječi oštećenje samih izolatora. Iskrišta se redovito ugrađuju na dalekovodima 110kV i više, a ponegdje i u mrežama nižeg napona, na posebno ugroženim mjestima. Osim te svoje funkcije, iskrišta stvaraju povoljniju raspodjelu električnog polja oko izolatorskog lanca i tako sprečavaju razne vrste izbijanja (korona).

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE

Pri udaru groma u neki vodič dalekovoda nastaju putni valovi. To znači da se struja groma podijeli na dvije otprilike jednake struje od kojih svaka krene pogođenim vodičem na jednu stranu. Te struje koje se dalje šire vodičem imaju oblik vala u kojem vrlo brzo postignu maksimalnu (vršnu) vrijednost, dok puno više vremena treba da vrijednost struje opadne na nulu.

Putni valovi putuju vodom brzinom svijetlosti (300000 km/s). Zbog otpora voda oni ipak ne ostaju jednake veličine nego se smanjuju s vremenom odnosno s prevaljenim putem. Isto tako strmina putnog vala se smanjuje s vremenom odnosno s prevaljenim putem.
Ta se činjenica objašnjava povećanjem otpora vodiča za veće struje i napone (fenomen korone). Dio vala u kojem su struja i napon relativno mali kreće se normalno brzinom svjetlosti kojom se inače kreću elektromagnetski valovi. Međutim onaj dio vala u kojem su struja i napon veći usporava korona. Zbog toga taj dio vala počne zaostajati i na taj način ublažavati stminu putnog vala.

Kada putni val dođe do čvorišta vodova on se podjeli na više manjih valova koji nastavljaju svoj put svakom od tih grana. Koliki dio će otići u koju granu ovisi o ukupnom otporu u toj grani. Što je manji otpor neke grane, u nju će otići veći dio vala.
Ta pojava nam ide na ruku pri širenju putnog vala kroz zaštitno uže. Uže je uzemljeno na svakom stupu te se dio strujnog vala tu odvede u zemlju.

Glavna opasnost za dalekovod dolazi od mogućnosti da se na vodiču zbog prolaska putnog vala pojavi veliki napon. Taj napon može uzrokovati pojavu preskoka i električnog luka od vodiča prema uzemljenoj konstrukciji stupa. Ta opasnost će biti veća, što je veća promjena struje u jedinici vremena (di/dt), odnosno što je veća strmina putnog vala. Nezgodno je to što će elekrtični luk opstati i nakon prolaska putnog vala, jer ce ga održavati nazivni napon vodiča. Ako takav luk potraje duže on može trajno oštetiti izolatore na dalekovodu i dovesti do iskapčanja voda na duže vrijeme.

ZAŠTITNE MJERE ZA ČOVJEKA

Unatoč mnogim istraživanjima mehanizma nastanka groma i poduzimanja zaštitnih mjera u njegovom djelovanju, broj nastradalih se vremenom povećava. Taj broj je naročito velik na otvorenom prostoru jer sve više ljudi pokušava pronaći spas od svakodnevnih obveza i gužve u raznim odmorištima u prirodi. Ako je udar groma izravan tada više od 60% ljudi odmah izgubi život, dok na onima koji su izloženi neposrednom djelovanju ostaju traje posljedice (paraliziranost nekih dijelova tijela, oštećenja vida i sluha i opekotine višeg stupnja). Broj unesrećenih u zatvorenim prostorima je zbog postojanja gromobranske zaštite ipak manji.

IZRAVNI UDAR GROMA

Djelovanje groma na zemlju se očituje u vidu jakog polja udarnih struja. Kada je čovjek pogođen gromom na njemu se pojavljuje određena vrijednost napona. Napon će se povećavati kako se povećava čelo strujnog vala. Ako vrijednost napona bude veća od 100 kV, tada sa površine ljudskog tijela nastaje preskok u obliku električnog luka.
Dakle, možemo reći da se otporu ljudskog tijela priključio još jedan paraleleni otpor. Otpor električnog luka je mnogo manji od otpora ljudskog tijelai kontaktnih otpora (Rt+2Rk), pa će kroz njega teći najveći dio struje (IL)nastale udarom groma. Na taj način će kroz čovjeka prolaziti struja koja ima vrijednost svega nekoliko ampera.
Međutim, rijetki su oni koji mogu preživjeti izravan udar groma unatoč niskoj vrijednosti struje koja prolazi tijelom.

POSREDNI UDAR GROMA

Posrednim udarom groma smatramo onu okolnost kada čovjek nije pogođen ukupnom strujom groma, nego samo jednim njezinim dijelom. Opasnosti za čovjeka su tada jako velike ako se nalazi u krugu 100 m od mjesta udara groma. Od mjesta udara groma strujnice (dio udarne struje) se raspršuju nekontrolirano. Ako strujnica ima jakost veću od 100 A u stanju je usmrtiti čovjeka, bez obzira što se radi o posrednom udaru groma. Važnu ulogu ovdje imaju dijelovi tijela preko kojih struja ulazi, odnosno izlazi iz čovjeka. Opasnost će za čovjeka biti veća što je razmak između ekstrmiteta koji premoščuju taj dio prostora (hodanjem, plivanjem, ležanjem..) veći.

OPASNOSTI ZBOG LOŠE IZVEDENE GROMOBRANSKE INSTALACIJE

Uzemljena metalna šipka stvara oko sebe zaštićeni prostor od udara groma. Međutim, ova konstatacija nas ne smije zavarati. Ako uzemljenje metalne šipke nije izvedeno na odgovarajući način, tj. otpor uzemljenja je prevelik, može doći do preskoka struje groma sa hvataljke na čovjeka zbog velike razlike napona. Taj napon između hvataljke i određenog mjesta na zemlji na udaljenosti od jedan metar od hvataljke naziva se još i napon dodira. Opasnost po čovjeka može nastati i od struje koja prolazi sa metalne šipke kroz zemlju, jer njegovo tijelo ima puno manji otpor nego zemlja. Struja groma rasprostirući se kroz zemlju pravi pad napona čija je raspodjela eksponencijalna: u blizini hvatalke napon je najviši i polako opada što se više udaljavamo od hvataljke. Ako čovijek svojim tijelom istovremeno dira dvije više razmaknute točke tada također na njega djeluje određeni napon. Napon između dvije točke na zemlji koje su razmaknute 1m naziva se napon koraka. Opasnosti od napona dodira i napona koraka bit će manje ako je gromobranska instalacija dobro izvedena, odnosno što je otpor uzemljenja manji.

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE

ZAŠTITNE MJERE OD NEPOSREDNOG UDARA GROMA

Kada se osoba nalazi izvan prostora koji imaju tehnički dobro izvedenu gromobransku instalaciju, teško je preporučiti i propisati pouzdane mjere zaštite od udara groma. Općenita je preporuka, zauzeti bilo kakav zaklon, a za ovu aktivnost ostaje između 5 i 10 minuta nakon što se prvi put čuje slaba grmljavina.
Najbolji zaklon u takvoj situaciji predstavljaju automobil, željeznički vagon ili napuštena kuća. U mnogo slučajeva nemamo mogućnost potražiti sigurnost u zatvorenom prostoru. Tada se preporučuje pojedincu da "smanji" svoju visinu kako ne bi postao mjesto udara groma. Također je dobro pronaći zaklon u nekom jarku ili pod stablom koje nije osamljeno.

ZAŠTITNE MJERE OD POSREDNOG UDARA GROMA

Posredno čovjek može stradati od groma ako se nalazi u blizini objekata koji imaju loše izvedenu ili uopće nemaju gromobransku instalaciju. Ako se nalazi unutar objekta koji uopće nema gromobransku instalaciju trebao bi stati u sredinu prostorije, podalje od zidova.

Za zaštitu ljudi u blizini gromobranske instalacije ponekad se koristi metalna ploča, koja se postavlja pod noge, jer ona sprečava pojavu napona dodira i napona koraka. Prilikom postavljanja metalna ploče treba voditi računa da ona bude galvanski povezana sa metalnom šipkom. Također je važno da metalna ploča i šipka budu dobro vodljive i imaju puno manji otpor od čovjeka kako struja ne bi išla kroz njega.