Hits: 

     "Salama koestaa maadoitukset" - RA-aseman salamasuojaus



Voimakasta salamointia yöllä Kymenlaaksossa heinäkuussa 2001




HUOM: Standardit päivittyvät ja tässä esitetyt eivät välttämättä ole ne viimeisimmät. Esimerkisi rakennusten salamasuojausten katto- ja alastulojohtimien minimpaksuudet ovat 2012 alkaen 50 mm2 Cu (entisen 16 mm2 Cu sijaan).

Samoin merkitävä muutos on sähkönsyötön ylijännitesuojaus muuntopiireissä, joissa on käytössä ilmajohtoja, vaikka kuinka lyhyt osuus ja vaikka muualla, kuin ko. liitymässä. Tämä siis on jo v. 2014 voimassa! Koskee kuitenkin vain uusia sähköliittymiä.
 


 Siihen ne "määräykset" RA-aseman salamasuojausta koskien taitavat sitten lopahtaakin. Siitäkö, vai koulutuksen puuttesta johtuu, että salamasuojaus jää usein joko tekemättä, tai on nimellinen - "eihän se muille kuulu jos minulla on maadoittamaton 35 m korkea antennimasto mökinkulmalla?" Osaisitko tehdä suojauksen, kun normeja ja niiden tulkintaa ei ole helposti saatavilla? Tulkitsetko normit ja standardit ohjeellisluonteisiksi, josta voi laistaa, jos viranomainen ei antamissaan määräyksissä niihin viittaa, vai onko koko ukkossuojaus EVVK - vakuutuyhtiöstä kai voi lypsää loputtomiin rahaa jokakesäiseen rigien ja tietokoneiden uusimiseen "voittamattoman" luonnoilmiön avustamana? Riittääkö asemaa tarkastavan viranomaisen asiantuntemus toteamaan aseman ukkosuojauksen normienmukaisuuden? Yksi 6 mm2 kuparijohdin radiohuoneen seinällä ja toinen paksumpi maadoitusjohdin maston tyvessä on enempi silmänpalvontaa, tai itsepetosta, kuin asianmukaisesti salamasuojattu RA-asema.

 Suomalainen ei tunnetusti usko, eikä tee, jos ei selitä miksi, joten etsin tähän tueksi virallisia ohjeita. Sähköturvallisuus aikaansaadaan nykyisin noudattamalla asiaan liittyviä standardeja.

 Käytän tällä sivulla ukkossuojauksen uudistettua nimeä; "salamasuojausta". Termi on looginen, sillä ukkoseen liittyy muitakin, kuin sähköisiä ilmiöitä - jyrinä tuskin elektroniikkaa, tai sähkölaitteita rikkoo. Ukkonen, tai siis "Ukko", on muinaisen ukkosenjumalan nimi, Agricolan 1845 Uuden Testamentin "Pitkäinen", joka korvattiin "Ukkosella" v. 1642 Raamatunkäännöksessä, mutta ilmiö tunnetaan myös "Äijänä", tai vaikkapa "Remupilven reunimmaisena".  "Ilmarisen" kautta "Ukko" on yhdistetty "Perkeleeseenkin". Europassa ukkosenjumalan oli nimeltään Zeus, jonka sanottiin suosivan kaksijalkaisia yli nelijalkaisten - se askeljännite... Pihjalan alla uskottiin oltavan ukkoselta turvassa, joten jonkinlaisia taikauskoihin pohjautuvia ukkosuojausohjeita on ollut olemassa jo satoja vuosia. Enpä kuitenkaan luottaisi tontilla kasvavan pihlajapuun salamoinnilta suojavaan vaikutukseen.

Salamasuojaus ei muuten ole maadoituksen, eikä edes ylijännitesuojauksen synonyymi.
 
 

Salamaniskun vaikutukset:
  • lämpövaikutus: sulaminen, (veden) hörystymisen aiheuttama pirstoutuminen, paineaallon on vaikutukset
  • mekaaniset vaikutukset: ukkosjohtimiin vaikuttavat yhteenpuristavat ja mutkia oikovat magneettiset voimat
  • painevaikutus: paineaallon pirstova voima voi ulottua noin 5 m etäsyydelle asti
  • sähköiset vaikutukset: stattiset (korona) radiohäiriöt, ylijännitteet, indusoituneet, tai influsoituneet jännitteet

 
Salamaniskun sähköisiltä vaikutuksilta suojautuminen:
  • iskun sieppaus ja johtaminen maahan (mm. ns. "Faradayn häkki")
  • sähköjohteiden maadoittaminen ja potentiaalintasaus
  • laitteiden (transientti)ylijännitesuojaus

 
  • Pienjännitedirektiivin ohjeistus (SFS 6000 LV-direktiivi)
 Entisissä Sähköturvallisuusmääräyksissä (STM) on esim. velvoitettu salamasuojaamaan kirkkorakennukset SFS-33-käsikirjan mukaisesti. Vaikka silloisten STM:n piirin eivät varsinaisesti kuuluneet ilmakehän sähköpurkausten, tai varausten aiheuttaman vaaran, tai häiriön välttäminen, määräysten mukaiset toimenpiteet nykysinkin vähentävät, tai poistavat vaaran, tai haitan ja estävät niiden leviämistä sähköverkkoa pitkin.

 Nykyisin Sähköturvallisuuslaki ja Sähköturvallisuusasetus viittaavat SFS 6000 pienjännitedirektiiviin  osaan 5-54: "Maadoittaminen ja suojajohtimet ja suojaavat potentiaalintasausjohtimet".

 On helppo päätellä, että jos RA-asema on kytketty sähköverkkoon, esim. mastosta RA-laitteiden kautta sähköverkkoon leviävien sähköisten häiriöiden pääsyä pitää rajoittaa. Selkokielellä sanottuna nämä toimenpiteet tarkoittavat maston maadoittamista ja potentiaalintasausta, jota ilman suora salamanisku antennimastoon, tai antenniin yleensä aiheuttaa vähintään maapotentiaalin nousun ja luultavimmin paljon muutakin tuhoa, joka on vaaraksi ihmisille ja omaisuudelle.

 Jännitetransientti voi siirtyä vaimentuneena sähköverkkoa pitkin muillekin muuntopiirin kuluttajille, mutta ilmajohdon ylijännitetransientti voi yhtähyvin olla induktiivista alkuperää suoraan salaman magneettikentästä, jonka vaikutusalue yltää tyypiliisesti aina 100 m etäisyydelle asti.

 Kun RA-asema on rakennettu normien ja ohjeiden mukaisesti, on toimittu vastuullisesti ja vaikka salalama sattuisi joskus mastoon iskemäänkin, aiheutuneet vahingot johtuivat äkillisestä satunnaisesta luonnonilmiöstä, jossa kotivakuutus tullee vastaan, eikä harrastajan tarvitse pohtia onko vastuuvakuutusta olemassa, joka korvaisi mahdollisen muille aiheutetun vahingon vastuuttoman toiminnan seurauksena. Sähköturvallisuuslain 4, 5, 38 ja 40 § käsittelevät salamavaurion vastuukysymyksiä. Samoin Sähkömarkkinalain 27 c §, Vahingonkorvauslaki ja Tuotevastuulain 3 §.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

    • "Määräys Viestintäverkon Sähköisestä Suojaamisesta" (Ficora, 43 C/2004 M)


     Viestintäviraston "Määräys Viestintäverkon Sähköisestä Suojaamisesta" ei koske harrastajia, eikä Turvatekniikan Keskus suoranaisesti sanele miten RA-radiomastoja pitäisi maadoittaa, tai asemia suojata normien mukaisesti.

     Telemastojen maadoituksille vaaditaan Viestintäviraston 43 C/2004 M määräyksessä, että maadoitus on tehtävä normien mukaisesti - tarkoittanee alle 10 ohmin maadoitusvastusta, mikäli se maastollisesti on mahdollista ja antaa tietyt minimipoikkipinta-alat maadoitusjohtimille ja siihen sisältyy vaatimus aseman ja maston maadoitusten yhdistämisestä. Yleinen käsitys salamasuojausmaadoituksien maadoitusvastuksesta on, että 5 ohmia on tavoiteltava maadoitusresistanssi, mutta puolet suurempikin arvo on vielä hyväksyttävä.

     Viestintäviraston ym. määräyksen toteutuksesta löytyy mastofirmojen sivuilta hyviä käytännön malliesimerkkejä, joilla standardien vaatimukset täyttyvät. Pelkästään Viestintäviraston määräystä noudattamalla (potentiaalintasaus) syntyy turvallisempi asema, kuin RA-koulutusmateriaalin ohjeessa maston maadoituksen tekemisestä 10 m pitkällä maahan kaivetulla vastapainolangalla. ARRL:n referenssiluettelosta löytyvässä lehtiartikkelissa epäsuorasti todetaan tällainen maadoitusjärjestely riittämättömäksi ja joskus jopa haitalliseksi.

     Yhteisantennijärjestelmissä pitää Viestintäviraston määräysten mukaan olla potentiaalintaukset ja maadoitus kunnossa EN 50083-1 standardin mukaisesti. Samoin Digitan "Pientalon Antenniopas" ohjeistaa yhdistämään talon potentiaalintasauskiskoon käytännössä kaikki ulkoantennit, ja ne joissa ei ole mitä maadoittaa, varustamaan kunnollisesti maadoitetuilla ylijännitesuojilla.
     

     Salama kun meillä Suomessa vierailee asemalla harvemmin, selviämme kuin koira veräjästä surkeillakin salamasuojausjärjestelyillä uutteralla jokakesäisellä "liitosjohdot irtikytkien - kiinnikytkien"-jumpalla, kun ukkospäivien alhaiset lukumäärät ja salamatiheydet harventavat amatöörimastoihin osuvien salamaniskujen keskimääräisen välin kymmeniin vuosiin ja lähiosumiakin tulee vain satunnaisesti. Kuitenkin salamavirrat ja niiden tuhovaikutukset kohdalle osuessaan ovat likipitäen samoja, kuin etelänmaillakin, missä iskutiheys ja vahinkojen määrä on moninkertainen.
     


 
  • Käsikirja "Rakennusten ukkosuojaus" (SFS-Käsikirja 33)


 Normien antama ohjeistus on monitahoista ja niistä pitää osata poimia soveltuvia osia RA-aseman salamasuojaukseen. Jo osittain vanhentuneessa alun pitäen Sähkötarkastuslaitoksen 1963 julkaisemaan käsikirjaan A 11-63 pohjautuva SFS-Käsikirja 33:ssa "Rakennusten ukkossuojaus", ohjeistetaan aina suojaamaan räjähdysainevarastot ja KTM voi edellyttää sitä muiltakin rakennuksilta. Myös palavien nesteiden valmistukseen, käyttöön ja varastointiin viranomainen edellyttää yleensä ukkossuojauksen tekemistä. Suojattavaksi suositeltavia ovat mm. kirkot, korkeat savupiiput (yli 20 m) ja rakennukset, näkötornit, jne. ja vakuutusyhtiöt sitä myös yleensä edellyttävät. Asuinrakennuksen kyseessä ollessa suojauksen teettämiseen riittää turvallisuudentunteen lisääntyminen - mikä on joissakin asumuksissa täysin perusteltua. Kerrostaloissa tämä asia on hodettu tavalla, tai toisella jo rakennusvaiheessa mm. rakenteellisesti, omakotitaloissa ja kesämökeissä ei ole.

 Teknisinä keinoina suojauksen toteuttamiseen tarjotaan potentiaalintasausta, ukkosjohtimien asentamista ja maadoittamista. Potentiaalintasauksessa rakennuksen sähköäjohtavien rakenteiden välisten (mm. metalliputkistot ja kaapeloinnit) jännite-erojen kasvaminen ja tulipalon aiheuttava valokaaren muodostuminen saadaan estettyä yhdistämällä ne sähköisesti toisiinsa riittävän huolellisesti. Maadoituksen tarkoitus on ohjata ukkosjohtimien sieppaama ja kuljettama salamavirta hallitusti maahan maadoituselektrodin avulla. Huom: missään ei pääsääntöisesti käsketä yrittää eristämään mitään, se ei yleensä edes onnistu. Jos rakennus on liitetty sähköverkkoon, talon sähköverkon käyttömaadoitus on pakko yhdistää (maan alla kulkevan maadotusjohtimen avulla) maston maadoitukseen ja mitä paremmin, sen turvallisempi. Tähän ei kelpaa radiolaitetilan antenni- ja sähkönsyöttökaapeloinnin (pistorasioiden) kautta syntyvä potentiaalintasaus.

 Talon katolle asennettujen antenneiden maadoituselektrodina toimii yleensä rakennuksen sähköverkon olemassa oleva käyttömaadoitus. Kattoantenneihin osuneessa salamaniskussa on vain se ikävä puoli, että jos maadoitusjohdin on tuotu alas talon keskeltä, tai se kulkee talon halki ullakolla, sen aiheuttama magneettikenttätransientti rikkoo sähkö- ja televerkoista irtikytkettyjäkin elektroniikkalaitteita n. 5 m säteellä johtimesta. Kattoantennit tulisi maadoittaa vähintään kahdella alastulojohtimella talon nurkista maadoituselektrodirenkaaseen. Onneksi kattoantenneiden korkeus maanpinnasta on yleensä alhainen ja iskut epätodennäköisiä, varsinkin jos lähistöllä on korkeampia rakenteita, kuten mastoja, tai puita.

Vierekkäisten rakennusten (<20 m etäisyydellä) maadoituselektrodit yhdistetään potentiaalien tasaamiseksi johtimella. 
 

  • Maadoituselektrodin maadoitusvastuksen arvo riippuu elektrodin fyysisestä laajuudesta ja varsinkin maaperän sähkönjohtokyvystä, johon vaikuttaa maaperän kosteus ja laatu.
  • Maadoituselektrodin impedanssi syöksyaallolla taas riippuu sen fyysisestä rakenteesta.

 
Italiassa San Marcon 100 m korkea kellotorni paloi poroksi, tai vaurioitui salmaniskuista keskiajalla keskimäärin 41 vuoden välein, kunnes siihen asennettiin ukkosenjohdatin v. 1776. Ainakin jo suurista nälkävuosista lähtien, 1860-luvun puolivälistä, on (Suomessa) käytetty asuin- ja karjarakennusten suojaamisessa kupari- ja rautalankoja.
Timpurit vetivät langan vesikaton alapuolelle harjahirren yläpintaan ja vielä alas välikattoon asti. Lanka oli mitä isännältä sattui löytymään, kuparilankaa tai paksumpaa rautalankaa. Melko ohutta kuitenkin kun tiedettiin ukkosen polttavan tämän langan sykkyrälle. Vaan pirttipä säästyi tulipalolta. (Sy-viesti 3/2008, R. Nurmela)

 Esim. kirkkorakennuksen tapauksessa normien mukaisen maadoituselektrodin maksimi maadoitusvastukseksi sallitaan 20 ohmia ja ohjeistetaan tarvittaessa lisäämään rakennusta kiertävään kehäelektrodiin liitettyjä maahan kaivettuja radiaaleja, tai yli 2,5 m pitkiä maadoitussauvoja. Heikosti sähköä johtavalla moreenimaalla ei kuitenkaan alhainen maadoitusvastus ole välttämättä saavutettavissa ja sen takia useimmissa maadoitusohjeissa ja määräyksissä sallitaan heikkojen maadoitusolosuhteiden vuoksi korkeampiakin maadoitusvastuksen arvoja. 
 

 Rakennukseen osuvien salamoiden sieppaamiseksi käytetään mm. kattoantennia, joka on suositeltavaa maadoittaa kahteen suuntaan lähtevillä alatulojohtimillla, tai kattojohtimilla, jotka kiinnitetään katon harjalle ja räystäille ja tuodaan eri puolilta kattoa alas yhdistäen rakennusta kiertävään maadoituselektrodiin. Myös peltikaton voi maadoittaa, joskin se toimi parhaiten, kun levyjen saumoissa ei ole ylimenovastusta ja maadoitusjohtimen liitoksissa kattopeltiin on riittävä pinta-ala.

 RA-mastoa lähinnä vastaavaksi rakenteeksi voi tulkita savupiiput lentoestevaloineen ja näkötornit (SFS-33, kohta 6.4).

 Erillistä alatulojohdinta ei metallinen radiomasto tarvitse, mutta sen, kuten savupiippujenkin harukset, tulee maadoittaa. Ylös sähköä esim. lentoestevaloille syöttävän kaapelin nollajohdin tulee maadoittaa piipun (maston) juurella ja jännitteiset johtimet varustaa ylijännitesuojilla, tarvittaessa myös maston yläosassa.  Korkean maston tapauksessa kaapelin maadoituksia tulee tehdä myös välille. Tämä nollajohtimen maadoitusohje pitää RA-mastolle tulkita niin, että kaapeleiden suojavaipat tulee maadoittaa maston juurella ja huipussa ja ylijännitesuojata ennen niiden vientiä sisälle rakennukseen, sekä tarvittaessa myös maston huipussa, jos siellä on (elektronisia) laitteita. Tästäkin jo selviää, että kaapeleita ei saa vetää suoraan maston huipusta haruksen lailla ilmassa suoraan rakennukseen! Kosketus- ja askeljännitteen vähentämiseksi maston juureen tulee rakentaa (maston tyven maadoituselektrodiin vähintään kolmella johtimella yhdistetyt) rengaselektrodit, eli ns. potentiaalinohjauselektrodit, joista sisempi on vaaksan verran irti maston perustusten reunasta  n. 10 cm syvyydessä ja ulompi reilun metrin etäisyydellä maston perustusten reunasta n. 50 cm syvyydessä. Jos mastoperustus ei nouse maanpinnan yläpuolelle, sisempää potentiaalinohjausrengasta ei tarvita. Kosketus- ja askeljännitettä vähentää edelleen 10 cm paksu rouhesorakerros maston tyven ympärillä ulottuen vähintään n. 3 m etäisyydelle.

 Korkeiden teräsrakenteiden, kuten antennimastojen ohjeistuksessa (SFS-33, kohta 6.5) todetaan, että laitteiden

  • ylijännitesuojauksen ja
  • kaapeleiden suojavaippojen maadoittamisen ohella,
  • teräsrakenteiden tehokas maadoitus mukaan lukien
  • harusten maadoituksen ja
  • askel- ja kosketusjännitteen huomioimisen, sekä
  • lähirakennuksissa huolellinen potentiaalintasaus
ovat riittäviä suojaustoimenpiteitä.

Kunnossapito:

  • maadoitusjohtimien, niiden liitosten, sekä ylijännitesuojien kunto pitää tarkastaa silmämääräisesti keväisin ja suorittaa 6... 12 v. välein tarkastusmittaukset (maadoitusresistanssin arvo kirjataan ylös ja millä maankosteudella se on mitattu), varsinkin jos alueella on tehty kaivuutöitä
  • ylijännitesuojien kunto tulee tarkastaa viipymättä, jos on syytä epäillä salaman iskeneen lähietäisyydelle
  • maadoitusjohtimet tulee merkitä tonttikarttaan

  •  

 

 Sähköverkkojen maadoitus

 Sähköverkkojen maadoituksen lähtökohtana ovat turvallisuus ja käytettävyysseikat. Salamasuojaus kulkee mukana vapaamatkustajana.

 Mistään ei löydy suoraa mainintaa esim. alle 1000 V kuluttajaliittymän maadoitusresistanssista tai impedanssista. Maadoituselektrodin tekoon standardit tarjoavat ohjeet sen rakenteesta - tehty on - toimii miten toimii, sillä kallioinen, kivinen ja sorainen maaperämme aiheuttaa monessa paikassa maadoitusongelmia ja sen vuoksi mitään ohmimääriä ei voida vaatia. Joskus jopa koko maadoitusta ei ole vaadittu, jos rakennus on sijannut paljaalla kalliolla.

 Mielenkiintoista on se, että monasti puhutaan sekaisin maadoitusvastuksesta ja impedanssista. Maadoitusvastus ja maadoitusimpedanssi ovat verkkotaajuudella (50 Hz) ja sen harmonisillakin samoja, reaktiivisen osan ollessa noin lähellä tasavirtaa kymmenien metrien johdinpituuksilla olematon - eri asia, jos kyse on salamasuojauksesta ja syöksyaallon käyttäytymisestä. Joissakin laitteistoissa maadoitusimpedanssille annetaan yläraja, jonka tarkoituksena on pitää kosketusjännitteet riittävän alhaisina vikatapauksissa. Maadoitusresistanssihan riippuu voimakkaasti maaperän sähkönjohtavuudesta ja sen arvo voi vaihdella 1:100,  mutta maadoitusimpedanssi taas käsitetään suurtaajuisena (syöksyaaltoa ajatellen), johon voidaan vaikuttaa lähinnä maadoituselektrodin konfiguraatiolla. Alhaiseen impedanssiin päästään lähinnä radiaalimaadoituksella, mutta radiaaleja pitää olla useita ja riittävän pitkiä. Heikosti sähköäjohtavalla maaperällä suurempi osa rakennukseen osuneen salaman virrasta hakeutuu rakennukseen tulevan kaapeloinnin kautta ulospäin kaikkia sähkö- ja telejohtimia myöten paikallisen maan potentiaalinnousun vuoksi (ns. GPR). Ylijännitesuojauksella salamavirtaa ohjataan kulkemaan ylijännitesuojien läpi, eikä sähköverkkoon liitettyjen laitteiden kautta. 

Graniittiperuskallion päälle levitetyllä, hiesu, kivi, ohut savi, nurmikko,-maaperäisellä tontilla yli 200 m 0,2...1 m  paksuun maakerrokseen kaivettua 16 mm2 kuparijohdinta ei tuottanut kaukaiseen maahan nähden kuin n. 100 ohmin maadoitusvastuksen. Kuitenkin paikallisesti maston tyven laskennallinen maadoitusvastus on luokkaa 5 ohmia - sitähän ei oikeaoppisesti voi alueen suppeuden takia edes mitata, koska mittauselektrodit jäävät liiaksi maadoituselektrodiverkon vaikutuspiiriin. Yksiselitteisempi tilanne vallitsee maalajiltaan tasalaatuisella savipellolla, jossa vastusarvo myös kaukaiseen maahan verrattuna on matala.

 Sähköverkon syöttöpisteessä pienjänniteverkko on maadoitettava enintään 100 ohmin impedanssisella elektrodilla (mikäli maadoitusolosuhteet sen sallivat). Kun jakelumuuntajalla on yhteinen ensiön/toision maadoituselektrodi, joka on viety kauemmas ilmalinjan/kaapelin kautta, linjan sarjainduktanssi aiheuttaa suurjännitepuolelta tulevan transientin takia muuntajalla (tarkoituksellista) maapotentiaalinousua (koko muuntajan potentiaali kelluu transientin mukana). Menettely vähentää muuntajan eristysten rasitusta ja pidentää sen käyttöikää - tosin tämä menettely tuskin parantaa sähkön laatua kuluttajan liittymässä transienttien suhteen. Käytännössä 100 ohmin maadoitusimpedanssivaatimus tarkoittaa PEN-johtimeen liitettyä maahan aurattua n. 10 metristä radiaalia (johdinta), josta kai tuo RA-kolutusmateriaalin radiomaston maadoitus on siepattu. Tuolla 10 m radiaalijohtimella ei päästä paljoa alle 100 ohmin maadoitusimpedanssiin ja maadoitusresistanssikin on maaperän laadusta riippuen melkoinen (kun johtavuus on 100 ohm*m: 16 ohmia,  500 ohm*m: 78 ohmia, 1000 ohm*m: 156 ohmia). Noin olematonta elektrodia ei siis pitäisi kelpuuttaa RA-maston maadoituksessa, koska verrattaessa Ficoran 43 C/2004 M määräykseen, se on noin kymmenen kertaa heikompi, joka tarkoittaa, että maston tyveenkin salamaniskun aiheuttama potentiaalinnousu on jännitetasoltaan kymmenkertainen.

 Kuluttajan pienjännitesähköliittymissä hyväksyttyjä sähköverkon käyttömaadoituskonfiguraatioita on neljä, joista surkein salamamaadoituksen näkökulmasta on 20 m maahan kaivettua johdinta (Z on n. 80 ohmia). Nykyisin käytetään talon perustusten ympärille haudattua silmukka-elektrodia (talon ympäri kiertävä johdinrengas) (Z on n. 45 ohmia, R riippuu kehän ympärysmitasta). Uusissa rakennuskohteissa alettu käyttää sidottua/hitsattua perustuksen betoniraudoitusta sähköverkon maadoituselektrodina ("vaakaelektrodi" eli ns. Ufer-ground). Raudoitus ei siis ole varsinainen salamamaadoitus, vaan sähköverkon käyttömaadoitus, mutta jokainen metri raudoitusta pystyy hävittämään 1 kA salamavirtaa (raudoitusta siis tarvitaan vähintään 30 m). Raudoituksen pitää olla sähköä johtava, eli reunaa kiertävä kehä, jonka pyöreän teräsjohtimen minimihalkaisija on 10 mm, johon raudoitusverkko on lisäksi reunoilta hitsattu ja siitä pitää olla jätetty kaksi päätä näkyviin, joihin valun jälkeen liitetään kuparijohtimet päämaadoituskiskolle. Vaihtoehtoisesti ennen valua perustukseen laitetaan koko pohjapinta-alan kiertävä 16 mm2 (vaiko nyt jo 50 mm2) kuparikaapelilenkki, jonka päät kytketään suoraan päämaadoituskiskoon. Näidenkään maadoituselektrodien varaan ei erillistä RA-antennimastoa pidä pelkästään jättää yhdistämällä potentiaalintausjohtimella maston tyvi talon päämaadoituskiskoon, tai suoraan rakennuksen maadoituselektrodiin, vaikka sekin on tehtävä.

 Metallisissa suurjännitepylväissä ja eristämättömissä haruksissa käytetään pylväsjalan pohjaosaan rakennettua pinta-alaltaan suppeaa ns. J-maadoituselektrodia. Sen lisäksi lähemmäs maan pintaan perustuksen ympärille asennettu potentiaalinohjauselektrodi alentaa kosketusjännitteen noin neljäsosaan. Vastaavaa rengaselektrodia käytetään myös mm. kaupallisten telemastojen juurella, sekä määritellyissä rautateiden ajojohdinpylväissä, mutta sen päätarkoitus siis on henkilösuojaus, eikä teknisen järjestelmän suojaus, tai varsinaisesti pylvään maadoitus. RA-maston tyvestä lähtevät maadoitusradiaalit yhdistetään myös maston tyven potentiaalinohjausrenkaaseen. Sähköverkoissa sallitaan maadoitettujen kosketeltavien osien potentiaalin nousu laitteistosta ja olosuhteista riippuen 42 tai 75 volttiin asti. Joissakin tapauksissa itse maadoituselektrodin jännitteen sallitaan suurjännitelaitteistoissa hetkellisesti nousevan kaukaiseen maahan nähden useisiin kilovoltteihin irtikytkentä-ajasta ja maasulkuvirrasta riippuen, tai pidempiaikaisena aina 1200 V asti. Moisia jännitepotentiaaleja saa ilmetä vain paikoissa, joissa harvoin oleskelee ihmisiä ja jos esim. suurjännitepylväs on vaikkapa keskellä toria, se ympäröidään turva-aidalla. Keskijännitemuuntajien (20 kV/400V) maadoitusvastukset ovat suuruusluokkaa parikymmentä ohmia maasulkuvirroista ja niiden laukaisuajoista riippuen ja 110 kV sähköasemilla vain pari ohmia.

 Pitäisikö RA-maston tyvi ja harukset aidata? Tuskin siellä kukaan ukkosella kaatosateessa haluaa värjötellä ja muulloinhan se on vaaraton.

 Maadoituselektrodin johtimet tulisi kaivaa routarajan alle (0,7 m maanpinnasta) ja jättää maasta nouseviin johtimiin liikkumisvaraa routimiselle. Jos ajatellaan maston salamamaadoitusta; Suomessa harvoin ukkostaa silloin, kun maa on jäässä, joten radiaalin syvyydellä maanpinnasta ei monestikaan ole niin suurta merkitystä, tosin ne ovat paremmin suojassa syvemmällä, eivätkä ole alttiina maanpinnan kuivumiselle poutajakson aikana. Maadoitusjohtoelektrodin maadoitusvastus muuttuu melko vähän sen upotussyvyyden mukaan.

 Eri järjestelmien maadoituselektrodien yhdistämisessä tulee käyttää harkintaa ja esim. suurjännitelaitoksen (esim. maadoitettu pylväs) maadoituselektrodiin ei saa muita maadoituselektrodeja yhdistää, eikä edes rakentaa toista elektrodia n. 20 m säteelle.

 Maadoitusjohtimien sallituista ainepaksuuksista ja materiaaleista löytyvät lähinnä 16 mm2 ja 35 mm2 kuparijohtimet ja vähintään 16 mm2 korroosiolta suojattu,  tai korroosiolta suojaamaton 50 mm2 teräsköysi (maahan kaivettuna kuitenkin korroosiota estävä pinnoite). Korroosionkeston takia kupariköyden yksittäisen säikeen tulisi olla halkasijaltaan vähintään 1 mm ja teräsjohtimen säikeen 2 mm.

Joissakin tapauksissa olisi mahdollista kikkailla ja käyttää jopa 2,5 mm2, 6 mm2, tai 10 mm2 kuparijohtimia, mutta niitä saa maahan kaivaa vain mekaanisesti suojattuina, eli suojaputkeen - selvyyden vuoksi niitä ei kannata käyttää missään maadoitusjohtimena.

 Kallion pinnalle kaapelit ja maadoitusjohtimet asennetaan teräksiseen u-kouruun ja päälle valetaan betonia.

 Johdinliitosten tulee olla luotettavia (puristus, hitsaus, kovajuotos). Ruuviliittimien käyttöä maaperässä tulee välttää ja käytettäessä niiden pitää olla samaa materiaalia ruuveja myöten kaapelin kanssa ja liitos tulee suojata kaapelimassalla. Korroosion vuoksi maanpinnan alle ei saa laittaa messinkiliittimiä ja alumiiniköyttä  käytettäessä pitää tietää millaisessa maaperässä se kestää syöpymättä.

 Maadoitusjohtimien ja liitosten tarkastusmittausväli on korkeintaan 12 vuotta, mutta joissakin käyttötarkoituksissa ne tulee tarkastaa jopa vuosittain..

 Maadoitusjohtimien liitokset tulee olla avattavissa ainoastaan työkaluilla. Tämä voisi tarkoittaa, että maston tyveen ei maadoitusjohtimia liitetä nokkelasti esim. jousikuormitteisilla maadoituspuristimilla. Syöttöjohtoja voisi käyttää potentiaalintausjohtimina, jos metallivaipan johdinpinta-ala on vähintään 16 mm2 ja se on päistään yhdistetty mastoon/päämaadoituskiskoon - mutta niiden tulisi olla silloinkin irtikytkettävissä maadoituspisteistään vain työkaluilla.
 


 

Mitä RA-asemalla maadoitetaan ja miten tasataan potentiaalit?

 Suojaamattomalla laillisuuden rajoja hipovalla asemalla voi olla joitakin ns. maadoitustoimenpiteitä jo tehty, mutta niiden hyödyllisyydestä ei voi olla varmuutta. On turha kuvitella,  että hätäisesti kyhättyä "maajohtoviritystä" vähän parantelemalla saisi oikein salamasuojattun aseman - on etsittävä valmiiksi mietitty ja käytännössä toimivaksi todettu standardiratkaisu ja toteutettava se kokonaisuudessaan!
 
 


 Missä maaperä sen sallii ja varsinkin jos syvemmältä löytyy paremmin johtava maakerros, maston tyven ympärille ja ulommas, pitää maahan lyödä radiaaleihin kytkettyjä maadoitussauvoja. Kaikkien maadoituksessa käytettävien johtimien tulee olla (maanpinnan alapuolella aina) eristämättömiä, poikkipinta-alaltaan vähintään 16 mm2 kuparijohdinta, tai 35 mm2 galvanoitua, tai ruostumatonta teräsköyttä. Lähes rajattomillakaan maadoitusresursseilla ei saada salamavirrasta kuin 90% johdettua maaperään, jäljelle jääneen osan kulkeutuessa asemarakennusta kohti syöttöjohtoja myöten. Alle 10 ohmin maadoitusimpedanssiin pitäisi päästä keskinkertaisesti sähköjohtavalla maaperällä, jos poispäin asemalta harusten väleihin lisätään vielä pari lisäradiaalia ja harusten päistä lähtevien radiaalien pituus on mainittu 20 m, tai maan johtokykyä vastaavan pituisia. Kuiva louhikko vaatisi 15 kpl jopa 100 m pitkiä maadoitusradiaaleja, joiden "upottamisessa" on valtava työ. Tasaisella kalliolla kannattaa radiaalin päälle valaa sähköäjohtavasta erikoissementistä matala leveä antura - kontaktipinta-ala kasvaa ja induktanssi alenee. Porakaivo-tyyppistäkin maadoitusta voi kalliolla käyttää, joskaan kallionporaus ei ole halpaa ja sauvaelektrodihan on luonteeltaan ikävästi induktiivinen.
 

 Maston tyven maadoituksesta asemarakennuksen seinän viereen vedetään maanpinnan alla 1 tai 2 kpl maadoitusjohtimia, joilla hoidetaan maston ja asemarakennuksen välinen potentiaalintasaus. Niiden johtimien väliin kaivetaan maahan myös metallinen suojaputki, jossa kulkevat kaikki mastosta tulevat kaapelit asemarakennuksen seinälle. Kaikkien kaapeleiden tulee olla sähköisellä suojavaipalla varustettuja ja niiden vaipat pitää maadoittaa maston juurella. Myös suojaputki maadoitetaan molemmista päistään.

 Mastosta tulevan suojaputken kohdalle alas seinälle asennetaan suojakotelo, jossa on kuparinen maadoituslevy, tai kiskosto, joka puolestaan on maadoitettu reunoistaan leveillä kuparinauhoilla, tai kuparijohtimilla suojaputkeen, mastosta tuleviin potentiaalintasausjohtimiin ja taloa kiertävään maadoitusrengas-elektrodiin. Tähän koteloon asennetaan (tarvittaessa) radiolaitteita suojaavat ylijännitesuojat. Kotelon maadoituslevyyn liitetään kaikkien kaapeleiden suojavaipat. Yhdenpisteen maadoitusjärjestelmässä tämä kotelo pitäisi olla sähkö-, tele- ja kaapeli-TV johtojen tulopisteen vierellä ja niiden maadoitukset tulisi yhdistää tässä toisiinsa ja ko. linjojen ylijännitesuojien tulisi myös olla tässä paikassa. Laitekohtaiset lisä-ylijännitesuojat asennetaan sisälle laitteiden luo. Tässä kotelossa oleva maadoituslevy on (tai heti sen viereen asennetaan) talon päämaadoituskisko (PMK, engl. MGB),  johon talon oma perustusmaadoituselektrodi (FE) ja sähkökeskuksen PE-kiskosta tuleva maadoitusjohdin on kytketty. Valitettavan harvoin antennikaapeleiden sisääntulopiste ja sähkönsyöttö ovat samalla seinällä vierekkäin ja yhdenpisteen-maadoitusta ei saada toteutettua. Se voi aiheuttaa mastosta tuleviin kaapeleihin jäljelle jääneen salamavirran kulun radiohuoneen laitteiden läpi sähköverkon suojamaahan, jota on näin rakennettuna vaikeahkoa estää, mutta sitä voi yrittää vähentää. Talon kiinteiden sähköasennusten muutostyöt - myös sähköverkon käyttömadoituksen muutokset, ovat jo turvallisuussyistäkin ammattinsa taitavan sähköasentajan töitä.

 Asemahuoneen seinälle asennetaan alas radiohuoneen oma maadoituskisko, jonka kautta kierrätetään kaikki koaksiaalikaapelit läpimenevien, vaipat maadoittavien (naaras-naaras) adapteriliittimien kautta radiolaitteille välikapeleilla, jotka tarvittaessa voidaan irtikytkeä. Samoin muiden (ohjauskaapeleiden) suojavaipat maadoitetaan tähän kiskoon. Antenninkääntäjien ja muiden ohjaus-/tehonsyöttökaapeleiden johtimissa voi olla laitteen luona lisä-ylijännitesuojaus, jonka maadoitus yhdistetään asemahuoneen maadoituskiskoon. Tämä maadoituskisko yhdistetään pääsääntöisesti talon seinällä olevaan maadoitettuun tulopaneeliin, eli asemahuoneen  potentiaalintasausjohdin kulkee kaikkien muiden kaapeleiden kanssa samassa nipussa sisälle. Ainoa poikkeus on valokuitujohdin, joka sähköä johtamattomana voidaan tuoda asemalle vapaata reittiä.

 Mikäli mastosta tulevat kaapelit ja muut taloon tulevat linjat ovat hyvin suojattu (moniasteisesti) transientti/ylijännitesuojilla, radiolaitteita ei välttämättä tarvitse ukonilman ajaksi sammuttaa ja irtikytkeä. Niiden vaurioitumisriski ei koskaan ole nolla, mutta on karkeasti verrattavissa suojaamattoman aseman laitteiden vaurioitumisriskiin, jossa laitesuojaus hoidetaan käyttäjän suorittamilla irtkytkentätoimilla, jotka saattavat unohtua, tai niitä ei ehditä tehdä ajoissa. Lisäksi on huomioitava, että suojaamattomalla asemalla operaattori altistaa itsensä vaaralle käsitellessään maadoittamattomia, tai heikosti maadoitettuja antennikaapeleita ukonilman yleensä jo alettua. Aseman kytkeminen potentiaalintasauksen avulla kattavaan integroituun matalaimpedanssiseen maadoitusverkkoon parantaa myös sähköturvallisuutta. Samoin vikavirtasuojan käyttö aseman sähkönsyötössä.

 Maadoitus-potentiaalintausjärjestelyn antamana hyötynä on asemahuoneeseen syöttöjohtojen kautta johtuvien suoran salamaniskun aiheuttaman jännitetransientin potentiaalin aleneminen yli sadan kilovoltin tasosta (kaukaiseen maahan verrattuna), jopa vain muutamiin kilovoltteihin lähinnä maston maadoituselektrodiston toimivuudesta riippuen. Samassa suhteessa alenevat salamavirrat. Henkilöturvallisuus paranee, mutta siltikään laitteisiin ei saa koskea ukonilman aikana - sivuisku operaattorin jaloista lattian läpi perustuksiin, lämpö"patteriin", tms. on kuitenkin aina mahdollinen. Turvallisinta olisi ukonilmalla poistua huoneesta ja olla koskettamatta talon sähkölaitteita, tai mitään metallirakenteita, tai lotrata veden kanssa.

 Kuvatulla maadoituskonseptilla aikaansaadaan piirimallina ajatellen maston tyvestä asemahuoneen seinälle ulottuva kaksi- tai kolmiosainen pii-vaimennin, jossa maahan johtavina impedansseina ovat maston, sekä talon maadoituselektrodit ja sarja-impedansseina syöttö-, ym. kaapeleiden ominais-sarja-induktanssit, n. 1 uH/m. Tosin viimeistä maahan johtavaa "vastusta" ei yhdenpisteen maadoitusjärjestelmässä tavallaan ole, mutta jos sitä ei voida ideaalisesti toteuttaa, sekin piiriin syntyy, jos ei muuten, niin sähköverkon PE-johtimen kautta. Parempi olisi jos radiohuoneelle tulevia kaapeleita myöten ei ollenkaan johdettaisi salamavirtoja aseman läpi. Samaa piirimallia (johtimen sarja-induktanssi maadoittavien suojien väleissä) noudattaa talon sähkoverkon kolmiportainen ylijännitesuojaus. Kaikissa maadoitusjohtimissa on käytettävä mahdollisimman lyhyitä yhdyskaapeleita ja loivia mutkia. Kahden rinnakkaisen (maadoitus)yhdysjohtimen käyttö alentaa "maadoituksen, eli johtimen" impedanssia huomattavasti ja lisää käyttövarmuutta, mutta valitetavasti induktanssitonta johdinta ei ole.


 Näissä kolmessa masto-rakennus-piirimalleissa kuvataan johtimien ominaisinduktansseja kelan ja maadoitusvastusta resistorin symboleilla. Molempien yli jää jännitettä virran kulkiessa niiden läpi. Mikäli virtaa ei kulje, induktanssin (johtimen) molempien päiden jännitepotentiaalit seuraavat toisiaan. Maston maadoituselektrodisto on kuvattu yhdellä LR-piirillä, mutta parhaimmillaan se sisältää monta rinnankytkettyä LR-piiriä, jotka normaalin rinnankytkennän tavoin antavat alhaisen impedanssin. Kaapelit on kuvattu yksinkertaistaen yhtenä (johdin)induktanssina - suurin osa virroista kulkee kaapeleissa niiden suojavaipoissa.

Tapaus 1 on rakenteeltaan melko yleinen ja myös melkoisen vaarallinen käyttäjälle ja laitteille: salamavirran osa kulkee syöttöjohtoja myöten asemahuoneen maadoituskiskosta maajohdinta maahan ja maston huipun parin megavoltin jännite suunnilleen puolittuu radiohuoneen maaelektrodin toimivuudesta ja kaapelipituuksien suhteesta riippuen. Potentiaalintasaukset tekemättä. Paljonko luulet jännitettä jäävän radionpuoleisen syöttöjohdon pään ja pistorasian välille?

Tapaus 2 on sama asema modifioituna niin pitkälle, kuin se sähköverkon kiinteisiin rakenteisiin koskematta on mahdollista. Asema on käyttäjälle jo turvallisempi - lämpöpatteriin ja perustuksiin verraten laitteiden jännitepotentiaali on silti yhä jonkin verran kohonnut ja laitteiden läpi kulkee yhä salamavirtaa sähköverkkoon päin.

Tapaus 3 on oikein rakennettu asema, jossa on yhdenpisteen maadoitus. Salamavirtaa ei kulje laitteiden läpi ja lämpö"patterin" potentiaali nousee samaa tahtia radiolaitteiden kanssa, joten sivuiskun vaara on vähäisin. Toimiakseen hyvin tämäkin malli vaatii, että maadoitukset ovat mahdollisimman matalaimpedanssiset.

 Jos maston maadoituksen induktiivinen reaktanssi on korkea (yksi radiaali tai yksi sauva) ja maadoitusvastus on korkea (huono maanjohtavuus tai "vähän kuparia"  maassa), tiedossa on ongelmia. Syöttöjohtojen ja potentiaalintasausjohtimen induktanssi ei pysty estämään salamavirran kulkeutumista kiinteistön sähköverkon maadoituselektrodin hävitettäväksi ja jos sekin on suurimpedanssinen, voimakas maan jännitepotentiaalin kohoaminen ajaa salamavirtaa sähköverkkoon ja ilman ylijännitesuojausta siihen kytketyt laitteet ovat vaarassa. Tapaus 1:n konfiguraatiolla laitteiden ja lämpö"patterin" & AC- (sähköverkon) suojamaan välille luultavasti syntyisi valokaari. Kaaviossa vaakasuuntaisista johdin-induktansseista on hyötyä ja pystysuuntaisista on haittaa, samoin maadoituselektrodien resistiivisistä osista on haittaa. Koaksiaali- ja ohjauskaapeleiden ylijännitesuojat tulopaneelissa (keskellä) purkavat jännitteitä signaalijohtimista maadoituselektrodiin, joka pitäisi olla rakenteeltaan ns. perimetrimaa, eli rakennuksen ympäri kiertävä maahan haudattu johdin. Senkin impedanssia voidaan alentaa nurkkakohdista poispäin vedetyillä (1 tai 2 kpl) 20 m pitkillä lisäradiaaleilla, jos niille on tilaa.

 Olen laskennallisesti piirimallintaen saanut salaman aiheuttaman jännitepotentiaalin asemahuonessa alenemaan esimerkkiapauksessa "ns. yksilankaisesta mastontyven maadoituksesta"  yli 30 dB lisäämällä ja muuttamalla maston ja aseman maadoitus ja potentiaalintausjärjestelyjä. Saavutettava arvo kuitenkin riippuu voimakkaasti maadoituselektrodiston impedanssista, johon myös vaikuttaa maaperän johtokyky. Heikosti johtavassa maaperässä potentiaalia ei saa alas, mutta silloinkin on syytä pyrkiä alentamaan radiolaitteiden läpi kulkevia salamavirtoja. Moinen "kelluva" asema on teknisesti vaikeampi tapaus ja siihen liittyy myös suurempia henkilöturvallisuusriskejä, koska aseman jännitepotentiaalit pääsevät nousemaan hyvin korkealle ja pitkätkin sivuiskut aseman sisällä ovat mahdollisia. Olen joskus kuullut miten vesivoimalaitoksen sisällä oli metallikaiteiden väleissä tapahtunut ukoilman raivotessa sivuiskuja ja henkilökunnalle tuli kiire ulos -  niitä kaiteita tuskin oli kytketty potentiaalintasaukseen.

 Koaksiaalikaapeleille sopivia ylijännitesuojia saa ostaa kaupasta, antennikääntäjän suojat ovat varistori-ryppäitä, jotka maadoittavat kääntäjän johtimista ylijännitepiikit. Ilmeisesti moni unohtaa rotaatorikaapelin muodostaman riskin seurauksella, että salamaniskussa mastoon kääntäjän ohjauslaitteen kuoret lentävät kattoon, tai etukansi seinälle ja salamavirta iskee ohjausboxista viereisiin laitteisiin matkallaan maahan. Eräs monista tarinoista kertoo kääntäjän ohjauslaitteen jalkojen metalliruuvien hitsautuneen lineaarivahvistimen kuoreen ja vahvistimelta vesijohtoon menneen maadoitusjohdon hitsautuneen poikki putken kupeesta. Raportti ei analysoi miksi näin kävi, mutta siitä ilmenee, että mastoa ei oltu juuri maadoitettu, rotaattorikaapelia ei ylijännitesuojattu ja luultavasti vesijohtoon liitetty maadoitusjohdin oli joko liian ohut, tai luultavimmin sen liitos löysä, tai hapettunut, koska se oli kipinöinyt. Sama asema ja masto oli myöhemmin maadoitettu (salamasuojattu) kunnolla ja vahingot suorasta salamaniskusta olivat seuraavalla kerralla olleet vähäiset.


Alla kaksi erilaista asemaa: vasemmalla salamalaboratoriota muistuttava rakennelma ja oikealla naapurimaan militääri-asemamalli:
 
 
 

 Aseman suunnitteluvaiheessa pohdittavaa - kannattako mastoa pystyttää seinänvierelle?:
  • 180° maksimiavauskulma maadoitusradiaaleille vs. 360° - mastontyven maadoitusimpedanssi lähes tuplautuu
  • lyhyiden syöttöjohtojen päissä suuri jännitepotentiaali ja suuret virrat iskun osuessa mastoon
  • magneettikenttä suuri - talon johdotukseen indusoituneet jännitteet suuria -  LEMP rikkoo laitteita n. 5 m säteellä mastosta
  • talon rengasmaadoituselektrodi kuormittuu voimakkaasti joutuessaan hävittämään salamavirtaa maahan  - seuraa maapotentiaalin nousu - laajoja laitevaurioita
  • mahdolliset sivuiskut talon johtaviin rakenteisiin
 Mastot pitäisi sijoittaa vähintään noin n. 10 m päähän asemarakennuksesta ym. syistä. Maadoitusradiaaleja ei pidä aurata kohti rakennusta. Tontilla olisi oltava maston ympärillä riittävästi tilaa, mielellään vähintään 20...40 m harusten suuntaan riittävien radiaalipituuksien aikaansaamiseksi. Hyvin johtavalla maaperällä riittää hieman pienempikin ala maston maadoituksille.
Kallioisessa/hiekkaisessa maastossa radiaalipituuksia pitäisi lisätä ja silti korkeat askeljännitteet radiaalien lähettyvillä tekevät maadoituselektrodi-alueesta turvattoman oleskelupaikan ukkosella.


Tyypillinen RA-asemakonfiguraatio - mitään ei ole tehty oikein

- maston, sekä aseman maadoitus nimellinen, ja sen impedanssi tuskin alle 100 ohmia, olkoon maaperän sähkönjohtavuus mikä hyvänsä
- syöttöjohdot muistuttavat ukkosenjohdinta! Irrotetun syöttöjohdon  päähän välittyy mastoon osuvasta salamasta satojen kilovolttien jännitepiikki, joka aiheuttaa valokaaren ja tulipalon, tai jos kaapelit ovat kiinni laitteissa, niiden läpi kulkee tuhansien- tai kymmenientuhansien ampeerien tuhoisa virta
- haruksia ei ole käytetty maadoitukseen - alentaa maston huipun ja maston tyven potentiaalia

 Operaattori, tai kuka tahansa rakennuksessa on hengenvaarassa, jos salama sattuu iskemään mastoon ja lisäksi voi syttyä tulipalo ja todennäköisesti talossa sähkölaitteet ja kaapeloinnit tuhoutuvat.

 Näin rakennetuilla asemilla on varsinkin maaseudulla pelkästään lähialueen  salamaniskujen epäsuorien vaikutusten takia usein ukkosvaurioita laitteissa. 

 Suomeksi sitä sanotaan "huonoksi tuuriksi", kun  englanninkielellä se on "BAD ENGINEERING!"
 

Tällä asemalla on salamasuojaus kunnossa!

- radiaalimaadoitus askeljännitteen alentajalla
- asemarakennuksen maadoitus rengas-elektrodilla
- potentiaalintasaus
- kaapelivaippojen maadoitukset
- yhdenpisteen maadoitus
- ylijännitesuojaus (kaikille johtimille)
- maanalainen metallisuojaputki kaapeloinnille mastolta

 


Maadoituksessa käytettäviä sähköliitostarvikkeita:

maadoitusliittimet:
C-LOK tyyppi 1-83016-0  Cu16-Cu16
C-LOK tyyppi 0-81713-3  Cu16-Cu50 tai 3/8" maadoitussauva
C-LOK tyyppi 0-83713-1  Cu16-1/2" maadoitussauva
C-LOK tyyppi 0-81663-1  Cu16-Fe 7*1.20 tai 7*1.57 teräsköysi
C-LOK tyyppi 0-81663-6  Cu16-Fe 7*2.12 25mm2 harusteräsköysi
C-LOK tyyppi 0-81663-5  Cu16-Fe 7*2.44 35mm2 harusteräsköysi
työkalu: vesijohtopihdit, jousiosa pinn. terästä, kosketuspala pronssia

puristettavat kosketusliittimet (C-liittimet) kuparijohtimien liittämiseen tai haaroittamiseen:
TK 10304 tai SE 36  Cu 16...25mm2 - Cu 16...25mm2
TK 10305 Cu 35...25mm2 - Cu 16...25mm2
TK 10306 Cu 35mm2 - Cu 35mm2
puristustyökalu: MD6

mutterikiristeinen kosketusliitin:
SE 12.1 10...70 mm2 - 10...70 mm2
työkalu: 10 mm lenkkiavain
 

puristettavat kaapelikengät (putkikaapelikengät):
16-6    Cu 16 mm2  6 mm pultinreiällä 0.70 €/kpl
16-8    Cu 16 mm2  8 mm pultinreiällä 0.70 €/kpl
16-10  Cu 16 mm2  10 mm pultinreiällä  0.90 €/kpl
purist.  jatkoholkki 16 mm2 Cu-johtimille 0.97 €/kpl
työkalu: ao. puristuspihdit, esim: Haupa HA 210805 (6....50 mm2)  169 €

Tavalliseen teräkseen voi ruostumattoman M8 tai M10 pultin hitsata RST-puikolla ja liittää siihen johtimen Cu-kaapelikengän ja mutterin avulla. Alumiiniputkeen voi porata reiän ja laittaa siihen ruostumattoman M8 pultin, johon alumiiniliitosrasvalla ruostumaton aluslevy ja sen päälle RST- aluslevyllä ja RST-mutterilla kiristäen pinnaltaan juotettu Cu M8 kaapelikenkä - kupariliitintä ei saa liittää suoraan alumiiniputkea vasten.

Kupariputkistoon voi tehdä johtoliitoksen, tai yhdistää putkistoja PP36 maadoitusvanteella ja AM2 vannekiristimellä ja AM3 johtoliittimellä.
AM2 ja AM3 ovat kadmioitua terästä ja valitettavasti ruostuvat ulkokäytössä. PP36 vanne on tinattua kuparia, joka voi syövyttää alumiini- tai teräsputkea. Kuvassa on myös PSS 431 potentiaalintauskisko. Toinen vaihtoehto maadoituskiskoksi on käyttää eristimien varassa olevaa riittävän paksua (yli 3 mm) ja leveää kuparikiskoa, johon on porattu M8 (M10) pulteille reikiä kaapelikenkien liittämistä varten.

PP35 maadoitusvanne 100 cm  13€
AM2 vannekiristin 1,70 €/kpl
AM3 johtoliitin 1,70 €/kpl
AM9 putkenmaadoitusliitin 6...15 mm putkille 6 €/kpl
AM8 putkenmaadoitusliitin 8...28 mm putkille 7,20 €/kpl
PSS 431 potentiaalintasauskisko (maadoituskisko)

16 mm2 maadoituskupariköysi (kirkas, eli eristämätön) 1,15 €/m (saatavana 25 ja 100 m vyyhdeissä)
MK 16 KEVI, sama muovieristeisenä, keltavihreä 1,77 €/m

SR 1.1 alumiininliitosrasva 80 g

- hinnat; "noin" hintoja v. 2005
- ostopaikat: Onninen, paikalliset sähköliikkeet
- huomioi nykyisten stadardien madollisesti vaatimat suuremmat johtimien ja kalusteiden poikkipinta-alat!



Keskusteluissa RA-aseman salamasuojauksesta (joka on keskustelua "maadoittamisesta") esiin nostetaan yleensä pelkästään seuraavia asioita:

- ns. "lämpöpatteri"linjojen käyttö maadoittamiseen (eivät ne siihen ole tehty - sen enempää kuin kerrostaloasunnotkaan asukkaan omille ukoantenneille)
- iskeekö salama herkemmin maadoitettuun, kuin maadoittamattomaan mastoon? (yhdentekevää, sillä maadoittamattomia ulkoantenneita ei saa olla)
- sulaako 6 mm2 kuparijohdin iskuvirrasta ja sytyttää tulipalon? (melko harvoin - laita vähintään 16 mm2 Cu-johdinta niin ei tarvitse tämmöisiä pohtia)
- mutkien haittamerkitys maadoitusjohtimissa (teemme loivia mutkia, jos mahdollista)
- miksi kuparijohdinta ei saa suoraan yhdistää teräsjohtimeen? (syöpyyhän se)
- pitääkö johdin olla yksi- vai monisäikeistä? (yleensä tapaavat olla monisäikeisiä)
- maadoitusjohtimen liittimiä ei saa tinata, eli juottaa tina-lyjyseoksella? (totta - mutta tämä on vain pieni detalji)
- maadoitusjohtimissa ei saa olla oikeastaan ollenkaan liitoksia (jos kunnolliset johtoliitokset eivät toimisi, ei sinullakaan olisi PC:ssä sähköä jolla tämän näet lukea)

 Onneksi moni kuitenkin jaksaa etsiä ohjeita miten suojaus toteutetaan. Pidän toimivan salamasuojauskonseptin ymmärtämistä tärkeämpänä asiana, kuin eksotermisten johtoliitosten tekemisen pohtimista, tai harhakuvia "ukkosturvaa" antavista "ukkossuojista". Maston ja RA-aseman salamasuojauksen havainnollistaminen tapahtuu parhaiten piirimallin avulla, jossa johtimet ja maadoitukset kuvataan impedansseina. Toki ns. nippelitietoutta ja suojauskomponenttejakin tarvitaan, mutta sitä ennen pitää paljon muuta olla hoidettu kuntoon, ennen kuin yhtään "mutikkaa", tai "pötkylää" kannattaa ostella. PolyPhaserilla on nykyisin maahantuojakin, jos et itse osaa rotaatorikaapeleihin ja koaksiaalilinjohin ylijännitesuojia valmistaa. Samoja koaksiaalisuojia ja muutakin saa U.K.:sta.

 Suomen "kansallinen poikkeus" TV-antenneiden salamamaadoituksista (ohuella) 6 mm2 kuparijohtimella poistui v. 2009 alusta ja muutenkin standarditilanne muuttui, kun  IEC 62035-normi julkaistiin tammikuussa 2006 (www.iec.ch).

Salamavirrat vaihtelevat iskuissa ja niiden toistoissa 1....400 kA välillä - keskiarvona normeissa on 30 kA, mutta todellinen keskiarvo on n. 10 kA eri maista saatujen viimeisimpien salamapaikannintietojen mukaan. Yli 100 kA negativisia maasalamoita ei juuri havaita ja jonnekin 80 kA huippuvirtaan asti on todennäköisempää, että isku on negatiivinen ja vasta 100 kA yläpuolella se on suurella varmuudella positivinen, mutta niitä iskujen kokonaismäärästä on vain n. 0,01 % ( joka 10 000.) itävaltalaiseen v. 1996 dataan perustuen. Positiviselle maasalamalle yleisesti mielletty tuhoisan suuri huippuvirta on ilmeisesti tilastojen väärintulkintaa. Virtajakaumaprofiili on toki siirtynyt hieman korkeammille virroille ja laskee hieman loivemmin kuin negatiivisella maasalamalla, mutta yltää tilastoissa määrällisesti erittäin harvinaisena kummajaisena satojen kA:n alueelle asti.

Varsinaisten suorien iskujen lisäksi mastosta alle 150 m etäisyydelle muualle osuneeseen tyypiltään yleisimpään negatiiviseen maasalamaan saattaa liittyä maston kärjestä noussut vastasalama, jonka virta-arvo on tyypillisesti vain suuruusluokkaa 10...100 A. Pelkästään sekin voi heikosti suojatulla asemalla aiheuttaa vaurioita.

 Uusi salamasuojausstandardi määrittelee hyväksyttäviä riskitason ylärajoja ihmisille ja korvaamattomille kulttuuriperintöarvoille, sekä tärkeille julkisille palveluille, mutta jättää yksityishenkilön oman omaisuuden riskitason asettamisen jokaisen oman harkinnan varaan.

 RA-asema heikolla mastomaadoituksella tuskin täyttää edes suomalaisilla salamatiheyksillä, varsinkaan etelä- ja keskisuomessa, ihmishengelle asetettavaa riskirajaa ja hipoo järkevälle tasolle asetettuja omaisuuden riskitasoja. Arvokkaiden RA-laitteiden tuhoutuminen parin vuoden välein niiden normaalin käyttöiän huomioiden tuskin on kenenkään mielestä hyväksyttävä vahinkotaajuus,  johtui se sitten suorasta salamaniskusta mastoon, tai lähialueelle osuneen maasalaman epäsuorista vaikutuksista, jotka ovat lukumäärältään aivan eri luokkaa.

 RA-aseman salama- ja transienttisuojaus olisi hyvä saada edes tasolle, jolla asema olisi muutenkin turvallinen ja jolla se kestää sen jokakesäisen keskim. vajaan 1 km säteelle osuvan maasalaman epäsuorat vaikutukset - ja mielellään ilman syöttökaapeleiden irtikytkeskelyjä - kiitos!
 

Copyright 2005...2014   OH5IY



Viitteitä: (huom: netissä olevia vanhoja dokumentteja ei ole päivitetty ajatasalle, eli niissä olevien johtimen poikkipinta-alat eivät kaikki ole riittäviä!)

 SFS-Käsikirja 33, "Rakennusten ukkossuojaus", 1980,  Suomen Standardisoimisliitto SFS r.y. (huom: tästä on uusi kirja)

SFS-käsikirja 118, "Palavat nesteet ja kaasut. Potentiaalintasaus ja maadoitus", Suomen Standardisoimisliitto SFS r.y.

SFS-käsikirja 140, "Räjähdysvaarallisten tilojen sähköasennukset",  Suomen Standardisoimisliitto SFS r.y.

TUKES, "Räjähdetilojen ukkossuojaus"

"Rakennusten ukkos- ja ylijännitesuojaus", E. Tiainen, Sähköinsinööriliitto

Sähkö 55 (1982) 1, "Maamme maaperä maadoitusten rakentamisen kannalta",  Leivo P., s. 60-63

Maadoituskirja, Suomen Sähköurakoitsijaliiton julkaisuja, Laurila, Kekäläinen, Taimisto, Tolppanen,... , 1987, ISBN 951-2984-30-3, uusin painos v. 2007

 RA 7/2014 ja 6-7/1990 sekä 8/1990, "Radioamatööriaseman ukkossuojauksesta",  Samuli Taimisto, OH6TY

"Kun Radioamatööriasema on rakennettu kalliolle", Samuli Taimisto, OH6TY

 RA 2/98, "Onko asemasi maadoitus kunnossa?", Unto Kokkarinen, OH3UK

TM 12/95 ja  TM 11/96, "Jokamiehen ukkossuojaus ja Jälkimietteitä ukkosuojauksesta", Antti J. Pesonen

Sähkö&Tele 5/2000,"Ukkoshuuhaata ja ahaata", Antti J. Pesonen

Ilmasahkösanasto, FMI/GEO, T. J. Tuomi

kooste: "Kylmän vuodenajan ukkoset", L. Korpela

videoclippi: "Salama iskee läheiseen puuhun"

SFS standardeja myy SFS-Standardisointi

Uusi IEC 62305 suojausstandardi , sarjan hinta noin 830€

Dehn: erittäin tekninen ja kattava englanninkielinen kuvitettu suojausopas

H. Mäkelä: Jakelumuuntajien läpi siirtyvien ukkosylijännitteiden tarkastelu


- salaman "yli" pilvestä maahan oleva jännite ei ole merkityksellinen salamasuojausten ja maadoitusten kannalta. Salamaa käsitellään vakiovirta-sahanterä-aaltopulssigeneraattorina piirimallinnuksessa, ylijännitesuojien mitoituksessa ja luokituksessa

- 16 mm2 kuparijohdin kestää hyvin salamavirran; neljä kertaa toistuvan 100 us 30 kA iskun virran resistiivinen lämpövaikutus kuparijohtimessa on noin 6° C ja vaikka salamavirta esim. positiivisessa maasalamassa joskus olisikin 300 kA, johdin lämpenisi vain 60° C, joka ei vielä aiheuta tulipaloja, eikä kuparijohdin sula. Sitä paksumpien maadoitusköysien tärkein etu on parempi mekaaninen kestävyys. 6 mm2 kuparijohdin ei aina ole kestänyt salamavirtaa

- salamavirtaa kuljettava ukkosjohdin tulee kiinnittää mekaanisesti vähintään 1 m välein - suuri virta aiheuttaa magneettisia voimia, jotka pyrkivät oikaisemaan ja puristamaan johdinta - irtonainen johdin saattaa repeytyä irti esim. liittimen juuresta - jyrkkiä mutkia ei tulisi tehdä

- useampien rinnakkaisten alastulojohtimen käyttö alentaa ylijäävää induktiivistä jännitehäviötä, salamansieppaajan jännitepotentiaalia ja siten sivuiskun vaaraa, puolittaa johtimen mekaaniset ja termiset rasitukset, sekä alentaa ympäristöön leviävää magneettikenttätransienttia

- sivuiskun syntyessä salaman aiheuttaman valokaaren teho on suuri, luokkaa 100 MW/m ja lämpötila 15 000....30 000° C, mutta kesto  muutamia alle parinsadan mikrosekunnin pulsseja - energiamäärä sivuiskun aiheuttamassa metrin valokaaressa kuluisi sähkökiukaassa noin sekunnissa

- maadoitetun katon/kattojohtimen ja rakennuksen sähköverkon väliin pitäisi jäädä vähintään 1 m ilmaväli, että sivuiskun todennäköisyys vähenisi (rakennuksen korkeudesta riippuen)

- löysän, tai hapettuneen (ruostuneen) ukkosjohtimen liitoksen ylimenovastus aiheuttaa kipinöintiä ja johdin voi sulaa poikki, sula metalli voi sytyttää tulipalon - ukkosjohtimia ei saa jättää purun tai muun herkästi syttyvän materiaalin sekaan, ne on aina asennettava suojaputkiin

- noin joka kolmas rakennukseen osunut salamanisku aiheuttaa tulipalon, joita kaikista paloista vajaa 10%.  Salaman vahinkoja korvataan vuodessa noin 2000 kpl

- maston tyvenkin jännitepotentiaali nousee helposti kymmeniin, tai pariinkin sataan kilovolttiin maston maadoitusimpedanssin takia:  U = I * R ja kun I = 30 000 A, R = 10 ohmia, jännitepotentiaali kaukaiseen maahan nähden olisi hetkellisesti 300 kV. Jos maadoitusimpedanssi (surkealla) yksilankaisella maaradiaalilla olisi noin 100 ohmia, maston tyven jännite nousisi 30 kA iskuvirralla 3 miljoonaan volttiin (3 MV). Näin ei aivan käy, sillä maa-aineksen ionisoituminen vähintään puolittaa potentiaalin, mutta maston juurella voi leimahtaa useiden metrien säteellä maavalokaaria (nurmikkopalo?) ja askeljännite nousta vaarallisen korkeaksi - vältä oleilemasta ukkosella minkään maston, tai tolpan harusten, tai pitkien maadoittamattomien sähkönjohteiden läheisyydessä!

- heikolla radiomaston maadoituksella ajetaan suuri osa salamavirtaa syöttöjohtoja pitkin radioasemalle ja sen läpi, joka on erittäin haitallista ja väärin!

- maston huipun jännitepotentiaali tyveen verrattuna nousee aina väistämättä suorassa salamaniskussa 0.5...5 MV:iin (puolesta...viiteen miljoonaan volttiin) maston pituudesta, harusten ukkosjohtimina käytöstä, iskun virrasta ja hiukan myös maston maadoitusimpedanssin arvosta riippuen. Sen vuoksi sieltä ei koskaan saa suoraan tuoda asemalle mitään kaapeleita maadoittamatta niiden sähköisiä suojavaippoja maston tyvessä, tai viimeistään ulkoseinällä

- ilman ylijännitesuojia koaksiaalikaapelin keskijohtimen jännite-ero vaippaan nähden voi kasvaa kaapelin eristeen jännitelujuuteen asti, eli muutamaan kilovolttiin, P = U2 / R  = 3000 V * 3000 V / 50 ohm = 180 kW

- (maadoitus)johtimen induktiivinen jännitehäviö on kymmeniä kilovoltteja metrille. Pitkän maadoitusjohtimen avulla kaukaa haettu (yli 20...40 m) maa ei induktiivisena alenna tehokkaasti jännitepotentiaaleja - jos se toimisi, maston huippuunkaan ei kehittyisi ym. jännitteitä, jotka suurjännitelinjan yläorren potentiaalin kohottavat ukkosjohtimeen osuneen salaman iskusta samalle tasolle, kuin radiomastonkin huipun. Seurauksena suurjännitelinjalla on satojen kilovolttien käyttöjännitteelle valmistettujen eristimien ylilyönti maadoitetusta kannatinorresta vaihejohtimiin

- suojattu maakaapeli ei ole immuuni salamoinnille - paitsi jos maanjohtavuus on äärettömän hyvä. Maakaapelin vaipan maadoituspisteissä kulkee salamavirran magneettikentän indusoimina satojen, jopa tuhansien ampeereiden virtapiikkejä

- 1 km mittaisen AMKA-ilmalinjan ainoasta kuluttajasta 1 km etäisyydelle linjan sivulle iskeneen maasalaman virta aiheuttaa jopa luokkaa 80 kV induktiivisesti kytkeytyneen jännitepiikin 400 ohmiin päätettyyn vaihejohtimeen, nollajohtimen ollessa maadoitettu ideaalisesti. 500 W resistiivisen kuorman napoihin jäisi vielä 40 kV jännitepiikki, kun sähkölaitteilta vaadittu suojausjännitetaso on 1,5 tai 2,5 kV



 
Suomalainen Wirallinen Lehti no 184  12.08.1886

Ukkosesta ja salamasta


Sähköinen pilwi, joka liihoittelee maan pinnan yli, waikuttaa aina siihen enemmän tahi wähemmän sen kautta että se esineistö saa toimeen sähkön jakautumisen, niin että se se sähkö, joka on pilwestä löytywälle sähkölle wastainen, nousee korkeammalla olewiin paikkoihin, kun taas se sähkö maasta, joka on samanlaatuinen kuin pilwessä olewa, työnnetään pois. Sen kautta syntynyt weto lähentää pilwen maanpintaan ja jos tämä liike keskeytymättä saa tapahtua, woittaa sähkö wiimein ilman wastuksen ja salama lähtee pilwestä siihen paikkaan joka on lähimpänä, eli niikuin tawallisesti sanotaan; "salama iskee". Selwää on että salama erittäinkin tapaa maanpinnasta enimmästi etenewiä esineitä, warsinkin jos ne owat hywiä sähkönjohtajia. Korkeihin puihin ja rakennuksiin, warsinkin semmoisiin, joissa on paljon rautaa, salama siis parhaiten iskee.

...
Salaman tyypilliset waikutukset ilmaantuwat tawallisesti suuresta lämmön synnyttämisestä, joka sulattaa, haihduttaa ja sytyttää johtawia esineitä, warsinkin metalleja. Niinpä sulawat esim. soittokellon langat, jotka owat asuinhuoneiden tahi eri rakennusten wälillä ja sulamisesta syntyneet hehkuwat kappaleet sytyttäwät muut palawat aineet, joiden päälle putoawat.
...
Ukkojen eli salamanjohtaja pystytetään kuten tiedämme rakennusten suojelemiseksi salaman häwittäwiltä waikutuksilta; samalamanjohtajan muodostaa rakennusten yläpuolelle pistäwä metallikärki, joka hywällä johdolla on maan yhteydessä. Woidakseen täydellisesti wastata tarkoitustaan pitää salamanjohtajan täyttämän seuraawat ehdot: a) kangen pitää päättymän teräwään huippuun; b) johdon maahan pitää oleman täydellinen, niin ettei se ole katkaistu huipun ja johdon alapään wälillä; c) koneen kaikilla osilla pitää oleman tarpeellinen koko.
...
Jos sitäwastoin wika löytyy johdosta tahi yhdisteestä maahan ja salama silloin iskee johtajaan, niin on tarjona waara että salama iskee rakennukseen ja matkaansaattaa aiwan saman wahingon kuin jos salamanjohtajaa ei laisinkaan olisi ollut. Salamanjohtaja tehdään yleisesti seuraawalla tawalla: rakennuksen harjalla pytysuorassa olewan rautakangen yläpäähän ruuwataan samanlainen waskinen kanki, joka on noin 2/3 meteriä pitkä ja yläpäästään hiukan suistettu; tämä wiimemainittu kanki pättyy siihen juotettuun platinakärkeen, platina on tähän sopiwin työläästi sulamisensa wuoksi. Kokemus on osoittanut että salamanjohtaja suojelee kaksinkertaisen korkeutensa piiristä, jonka säde on niin suuri kuin kangen kaksinkertainen korkeus. Tästä syystä onkin edullisempaa asettaa useampia pieniä johtajia. Johto waskikangen ja maan wälille saadaan toimeen joko päistä yhteen liitettyjen rautakankien tahi myöskin waskilangan kautta, joka wiimemainittu, waikka se on kalliimpi, kuitenkin on tarkoituksenmukaisempi, koska waski on paljon parempi sähkönjohtaja kuin rauta. Jos rakennus on metallinen tahi siinä muuten on suuria metallimääriä, niin pitää ne asetettaman metalliseen yhdistykseen johtajan kanssa, sillä muutoin melkoiset määrät sähköä woi jakaantumisen kautta kerääntyä niihin. Tärkein asia on kuitenkin että siinä on mitä parhain johto, mistä sähkön pitäisi wirtaaman maahan. Jos läheisyydessä on wesirikaskaiwo niin on tarkoituksen mukaista asettaa johtajan pää jotenkin hywään weteen. Ellei semmoista wettä olisi saatawilla, niin pitää kaiwaman siksi kunnes päästään maakerroksiin, jotka aina pysywät kosteina ja pettämän hiiliporoon suurempuoleinen walurautainen laatta, johtajan pää kiinnitetään tähän laattaan ja paikka peitetään tarkoin. Pienemmistä metallikatolla warustetuista rakennuksista woi kärjenkin jättää pois sillä tawoin, että ainoastaan katto panaan johtawaan yhdistykseen maan kanssa. Tässä tapauksessa sähkönjohtaja tosin tekee läheisyydessä olewan sähköisen pilwen tasawoimaiseksi, waan jos salaman iskee, seuraa se metalleja mahan rakennusta wahingoittamatta. Tässä tapauksessa on wielä tärkeämpää että johto maahan on täydellinen; sentähden se tehdäänkin useammista rautakangeista, jotka eri tahoilta kattoa johdetaan weteen tahi kosteaan maahan.


Salamavahinkojen kustannukset

 Suomessa salamat iskevät maahan keskimäärin hieman yli 100 000 kertaa vuoden aikana. Kaikista salamoista 1/3-osa on maasalamoita.

Rakennuspaloja syttyy noin 100 kpl ja raportoituja metsäpaloja 100 kpl, sekä 3000 maastopaloa. Keskimäärin joka tuhannes maasalama sytytti tämän mukaan rakennuspalon ja joka tuhannes raportoidun metsäpalon, mutta joka 33. salama sytytti maastopalon.

Vakuutusyhtiöiden korvaussummasta voi laskea, että jokainen maasalama aiheutti 2000-luvulla keskimäärin noin 60 euron edestä korvattavia vahinkoja. Kokonaisvahingot yhteiskunnalle ukkosista ovat kuitenkin Ilmatieteen Laitoksen mukaan huomattavasti suuremmat mm. energia- ja tuotantoteollisuudelle aiheutuneiden tuotannonmenetysten ja vaurioiden, sekä myrsky, tulva, yms. vahinkojen vuoksi. Jos suhteuttaa nämä pelkästään maasalamoiden lukumäärään, maasalaman (sisällyttäen muut ukonilmaan liittyvät vahingot) kustannus Suomen alueella nouseekin jo noin pariin tuhanteen euroon iskua kohti.


Auto täydellisenä salama-, tai ukkossuojana?

  Kun Suomessa salamoi melko vähän, nämä kysymykset tuntuvat olevan lähinnä ukkosta pelkäävien suusta kuultuja, vaikka toki kaikki tietävät että ukonilmoihin ja salamointiin sisältyy aina pieni henkilöturvallisuusriski. STEK:n ja Sähköala.fi:n mukaan salamointi keskimäärin rikkoo vuosittain Suomessa tuhansia laitteita, aiheuttaa 110 tulipaloa joista seuraan 3,6 miljoonan euron vahingot,
tappaa rakennuksissa henkilön joka 5. vuosi ja  puiden alla joka 3. vuosi, eli noin 0,5 henkilöä vuodessa. Lisäksi loukkaantuu vuosittain 10 henkilöä.

Salamaniskun aiheuttamaa riskiä voi helposti vähentää. Jos ei tiedä miten ja kysyy joltakin, saa vastauksen kuin kaupan hyllyltä: "Älä mene puun alle, mene autoon  jos pelottaa, sehän on turvallinen! Miksi?.... kumirenkaiden takiako? Eikun se on semmonen Faradayn häkki!"

 Yleensä ihmisiä kehoitetaan ukonilmalla hakeutumaan ulkosalta autoon suojaan salamoinnilta, jos mitään rakennusta ei ole lähettyvillä. Sehän on ihan oikea periaate ja siellä säilyy kuivanakin, mutta auton pitää olla metallikorinen, siis ei avoauto tai muovikattoinen. Autojen aerodynaminen kehitys on tuonut mukanaan laajat viistot tuulilasit ja mahdollisesti suurehko osa katostakin voi olla lasia, ei metallia, jolloin suojausvaikutus on heikompi.

 Auto ei kuitenkaan ole ukkosella täysin turvallinen, se on korkeintaan suhteellisen turvallinen - monestakin syystä. Tavallisin suppea perustelu turvallisuudelle on auton toimiminen Faradayn häkkinä. Perustelu on väärä, sillä Faradayn keksimän häkin alkuperäinen tarkoitus on estää ulkopuolisten sähkökenttien pääsy häkin sisälle. No, tietysti joku nokkela toteaa, että estäähän se siten sähkökentän kasvun pilven ja matkustajien välillekin, joka voisi laukaista vastasalaman.

Jos auto olisi hyvä Fardayn häkki, sen sisään eivät esim. radioaallot pääsisi, eivätkä sieltä ulos, eikä esim. pelkkä ukkospilven sähkökenttä sinänsä ole vaarallinen - riittävän voimakkaana se kylläkin nostaa hiukset pystyyn.

Pitäsin autoa lähinnä metallihäkin kaltaisena onttona lyhyenä ukkosenjohtimena (siinä missä esim. ukkosenjohtimilla varustettua kirkkoakin), jossa salamavirta kulkee (pintavakutuksen takia - jos sillä edes on merkitystä) melko vähällä induktiivisella jännitehäviöllä sen ulkopintaa, tai ainakin ulkokuorta myöten maahan, ohitse onton sisuksen, ja siellä istuvien matkustajen.

 Monelta tahtoo unohtua se, että salaman vaikutukset eivät rajoitu sen sähkövirran läpikulkemisen aiheuttamiin vahinkoihin ja tyystin unohdetaan paineaallon, kuumuuden, mahdollisten metalliroiskeiden tai rikkiräjähtävien esineiden sirpalevaikutukset ja voimakkaan magneettikentän vaikutukset ainakin teknisiin laitteisiin (renkaat, mottorinohjauselektroniikkka, muut sähköjärjestelmät...), jotka väärintoimiessaan voivat aiheuttaa vaaraa ja kaikkien näiden seurannaisvaikutukset - eli ns."huono tuuri".

 Vahingoista viisastuneina maailmalla on todettu, että salamoinnin yltyessä ja ajo-olosuhteiden muuttuessa muutenkin mahdottoman huonoiksi auto tulee pysäköidä tien sivuun turvalliseen paikkaan hätävilkut päällä, ikkunat suljettuina ja moottori sammutettuna. Sisälläolijat eivät saa koskea mihinkään, ei oviin, radioon, vaihdekeppiin.  Miksi näin?

- sää- ja tieliikenneolosuhteiden, kuten vesiliirron vaaran, tuulenpuuskien ja heikon näkyvyden aiheuttama liikenneturvallisuusriski
- suora salamanisku autoon on joskus laukaissut turvatyynyt, rikkonut tuulilasin ja puhkonut renkaita - jos tämä tapahtuu ajettaessa jonossa maantienopeuksilla, salaman sokaiseman kuljettaja ei välttänättä pysty turvallisesti ohjaamaan naamalle paukahtaneen turvatyynyn takaa rikkoutuneilla rekailla heitttelehtivää autoa, jossa luultavasti auton ja moottorin toimintoja ohjaava elektroniikkakin on hajonnut (miten käy kun sähköinen ohjaustehostin rikkoutuu?)

 Vaikka auto olisikin pysäköity, mikäli ympärillä kasvaa isoja puita, jäädessään kaatuvan puun alle auto rusentuu kuin säilyketölkki - mitä luokkaa se auton turvallisuus ukkosella oikeastaan on, kun isot rakeet voivat vielä rikkoa siitä ikkunatkin?

 Auton metallikorin sanotaan johtavan salamavirran "harmittomasti" peltejä ja lopulta renkaiden pintaa myöten maahan. Henkilöauto ei ole täysin umpinainen metalliastia, virta kulkee ikkunoiden sivupilareiden kautta ja vaikka niissä voi arvioida olevan mitättömän vähän resistanssia, jonka yli jäisi jännitehäviötä, syöksyaallon kannnalta ne ovat induktiivisia ja jos kukin pilari on impedanssiltaan luokkaa 6 ohmia, rinnakytkettyinä tulos olisi alle ohmin luokkaa, siitä seuraa että 30 kA salamavirralla auton katon potentiaali hyppää muutamaksi mikrosekunniksi lähelle 30 kV tasoa (virrasta riippuen 1 kV...100 kV, mutta nämä voisi tulkita ylärajoiksi). Muutamien senttien ilmaväli kattoon riittää eristykseksi ja matkustajat eivät saa sivuiskua katosta, mutta enpä räpläsi katossa olevia ruuvinkantoja ja pitäsi toisella kädellä vaihdekepistä kiinni.

 Salama iskee useimmiten auton katolla olevaan antenniin - mitä pidempi, sen todennäköisemmin siihen, eikä katonreunaan. Vaikka antennikaapelin suojakuori ei kovin suuria jännitteitä pysty eristämään, esim. USA:ssa on raportoitu useita tapauksia, joissa radiopuhelimen käsimikrofonin käyttö salaman iskiessä ajoneuvoon on aiheuttanaut palovammoja käyttäjen käsiin ja suunseudulle. Vaikka joku asiantuntija edelleen pitääkin esim. autoradioon koskemista turvallisena, em. näytön perusteella se ei sitä ole, koska nykyisten autojen kojelaudat ovat kauttaaltaan muovia ja radio maadoittuu pitkähköjen induktiivisten sähkönsyöttökaapeleiden kautta suurtaajuisella salamavirralla melko huonosti. Tästä johtuen auton takaistuimella on turvallisempaa ukkosella. Takaikkunassa on usein myös lämmitysvastuslangoitus, joka sekin marginaalisesti lisää suojausvaikutusta.

 Kulkiessaan auton ikkunapilareita myöten salamavirta aiheuttaa myös voimakkaan magneettikentän, joka kumoutuu (teoriassa) vain auton matkustamon keskipisteessä, missä kukaan ei istu. Magneettikenttä on voimakkain pilareiden luona olkapäiden kohdalla ja indusoi myös kehoon sähkövirtoja, mutta kenttä tuskin ylittää muutamia millitesloja ja siitä voisi olla haittaa vain läketieteellisille implanteille. Indusoituneet jännitteet saattavat rikkoa elektroniikkalaitteita auton sisällä. Auton oman elektroniikan on todettu vaurioituneen salamavirran aiheuttamasta ulkopuolisesta magneettikentästä n. 2 m etäisyydellä olleeseen lyhtypylväääseen osuneen iskun vaikutuksesta, ilman että autossa olisi ollut mitään jälkeä edes sivuiskusta - ainoastaan lyhtypylvään nokasta valaisin oli räjähtänyt rikki. Välttämättä salama ei aiheuta ajoneuvoon, tai sen lähelle iskiessään mitään vaurioita, joskus on kuitenkin useita autoja hinattu toimimattomina pois parkkipaikalta salaman iskettyä autojen lähistölle. Yleensä mitä uudempi auto, sen herkempi se on vaurioitumaan sähkömagneetisesta pulssista.

Vaikka auto olisikin toiseksi suojaisin paikka ukkosella ison rakennuksen jälkeen, ikävä kyllä nykyautot eivät enää edes välttämättä suojaa suoralta salamaniskulta ihmiseen auton sisällä -  ja muukin suojaava vaikutus on vähän niin ja näin.
 

Käännös/lainaus USA:ssa raportoidusta salamavahingosta kahdelle autoilijalle: "Salama löi ylikäytävällä seisseeseen veturiin, josta sivuisku osui ylikäytävällä odotaneeseen maastoautoon, sen peräkoukusta seuraavaan autoon, jonka kuljettaja piti kättään ukona ikkunasta - kuljettaja vietiin sairaalahoitoon. Kolmannesta autosta salama heitti naiskuljettajan tielle makuulle".