Zibens aizsardzība un mazliet par koroziju

Ilgu laiku jūras arhitekti uzskatīja, ka kuģim zibensnovedējs ir bezjēdzīgs. Pretējo ES Regulas formātā uzspieda tikai ap tūkstošgades miju, respektīvi, ĻOTI daudzi burukuģi joprojām brauc nezemēti, jo īpašniekiem ne jausmas nav, kas būtu jādara. Kāpēc gan navālie arhitekti tā kļūdījās?

Uz sauszemes zibens biežāk ir negatīvo lādiņu sakopojums mākonī, kas šķiļ no mākoņa apakšas. Kaut gan, mēdz būt arī pozitīvie zibeņi, kas ir nesalīdzināmi jaudīgāki. Ja parasts (pozitīvais) zibens ir ar kārtu 10-50 kiloampēri un 10 megavolti, tad negatīvais vai aiziet 1-10 megaampēriem un arī spriegums var būt lielāks, un tas šķiļ no mākoņa augšas. Laimīgā kārtā šādu zibeņu ir orientējoši 2% līdz 5% no visiem. Tātad, pozitīvs lādiņš augšā izsauc elektrostatisku indukciju nosacīti izolatoriem uz zemes, piemēram kokiem. Tātad +10MV augšā un -10 MV (ja izolācija gana laba, vai nedaudz mazāks spriegums ja nav tik laba) te lejā. Ja tagad (piemēram) 500 m augstam zibenim jāizvēlas, bliezt pa zibensnovedēju ar potenciāla starpību 10 MV attālumā 490 metri jeb uz koku ar potenciālu starpību 20 MV arī 490 m attālumā, tad zibens "ieguvums" koka gadījumā būs daudz lielāks. Respektīvi, zibens varbūtība iespert zibens novedējā, salīdzinājumā uz novedēja vistuvākajā apkaimē nepārtraukti trakojošiem zibeņiem, ir apmēram viens pret miljonu. Respektīvi, zibens NEKAD neiesper zibensnovedējā. Tik ļoti nekad, ka, piemēram, Valsts Standarti ļauj zibensnovedēju elektriski sazemēt cauri plānsienu benzīna termināļu korpusiem. Iekšā simttūkstoš tonnu sprāgstvielas, taču jābaidās no loksnes izkušanas nav nemaz.

Uz jūras tomēr viss izskatās pavisam citādi. Te izolatoru nav. Jūras ūdens strāvu vada apmēram ar īpatnējo pretestību 0.1 Oms reiz metrs - tas gan ir reizes miljons sliktāk kā varš, tomēr pietiekami, lai pastmarkas lieluma elektrods spētu kalpot kā vads spuldzītes spīdināšanai. Respektīvi, nevar teikt, ka jūras ūdens nav nemaz polarizējams, īpaši viļņu galotnēs, taču šī polarizējamība (inducējamiba) vismaz par trim līdz sešām kārtām atpaliek no tā, kas vajadzīgs, lai viļņa galotnē elekktriskais potenciāls atšķirtos no vidusmēra jūras (Zemes) asbsolūta vairāk kā nedaudz desmiti Voltu. Tas ir tik maz, ka "neskaitās". Tāpēc koka lomā tagad atrodas jahta, laiva, plosts, kuģis u.tml. Tas kļūst par "magnētu" zibenim. Turklāt, "pilnīgai laimei", tas atrodas par 10-20 metriem tuvāk zibens avotam kā ūdens (par masta tiesu).

Zemēšana noteikti palīdz zibenim saredzēt kuģi tā, it kā tas būtu "jūras ūdens". Tomēr kā te ar attālumu, var rasties jautājums. Varbūtība, ka zibens spers Jums TAISNI virs galvas, taisni zenītā, ir mikroskopiska. Tātad zibens atrodas, ticamāk, 30-300 metrus iesāņus (atceraties, starpība starp zibeni un pērkona grāvienu atbilst katras trīs sekundes vienam kilometram, kas ir skaņas ātrums gaisā). Tādā gadījumā jūsu augstais masts ar nulles potenciālu tomēr atrodas tālāk no zibens epicentra (hipotenūza nevis katete) nekā kāda viļņu galotne tieši zem tā, ar tādu pašu potenciālu. Respektīvi, zibensnovedējs arī uz jūras nebūt nav zibensnodevējs, tas kuģi pasargā ne tikai no trieciena sekām, bet arī samazina varbūtību zibenim iespert mastā. Tomēr, tomēr, tomēr, šad tad, izretis, mastā zibens pamanās iespert, statistika apgalvo, ka par 3 līdz 4 "nullēm" biežāk kā sauszemes gadījumā. Tāpēc visiem zemējuma vadiem un skrūvējumiem jābūt tādiem, lai kiloampēri tos neizkausētu.

Zemēšanas kontūri uz kuģa ir vairāki. Pirmais kontūrs, patīk vai nepatīk, akumulatora mīnus terminālis ir savienots ar motora korpusu, respektīvi dzenskrūvi. Bez tā motors nespētu uzlādēt akumulatoru. Dzenskrūve rada niecīgu elektrolītiskas dabas spriegumu motora masai pret jūras absolūto masu. Tie ir nelieli simti milivoltu (skat lejāk tabulu), taču tie izraisa elektroķīmisku dzenskrūves koroziju. To iespējams apkarot dažādi. Visbiežāk lieto iegremdētu "anodu", parasti zinka, kas rada pretēju spriegumu, tāpēc pats ātri sakorodējot. Izrietoši, to reizi pāris gados jānomaina, un, vēlams, reizi gadā jānomēra, cik lielā mērā tas ir dzīvs. Kā, skatīt korozijas sadaļā. Otra metode ir tā, ko rūselīgajiem Žiguļiem popularizēja deviņdesmito iesākumā, taču parādoties labākiem auto, to ātri aizmirsa - neliels baterijas barots pretēja sprieguma (milivoltu) avots, ko slēdz pie aizsargājamā metāla ar vienu polu, un pie zemes ar otru. Tomēr kuģu lietās šāda pieeja ir galīgi netradicionāla.

Otrs zemēšanas kontūrs ir priekš radio. Ja lieto simetriskā tipa antenas (divi ragi), tas nav nepieciešams. Ja tomēr ir nesimetriskā antena (vienkārši štoks), tad nav svarīgs galvanisks kontakts ar zemi, pilnīgi pietiekams ir nelielas kapacitātes kondensators starp antenas zemi un patieso zemi. Ieteicams neuzstādīt atsevišķu antenas zemējuma plāksni, jo tas neizbēgami izraisīs kuģa dzenskrūves korodēšanas ātruma daudzkāršošanos. Šādas plāksnes (no mikrolodīšu saukausētas bronzas un gana dārgas) gan tirgo un pērk, taču korozijai uz fabrikas marku uzšķaudīt, visu nosaka milivolti.

Trešais zemēšanas kontūrs ir zibens aizsardzībai. Likums nosaka, ka sālsūdenī zemējuma plāksnei jābūt ne mazākai par 30x30 cm, vēlams vara, bronzas vai moneļmetāla (Ni-Cu). Nerūsošos tēraudus tomēr neiesaka, iespējams korozijaizsardzības dēļ (taču droši iemeslu nezinu). Literatūrā nediskutēts jautājums - vai titāna plāksne nav vislabākais iespējamais materiāls, jo tai elektroķīmiskais potenciāls pret sālsūdeni ir nulle. Tomēr, kopš Ogres dzelzceļa atgadījuma, kad titāns patiešām mētājās apkārt ņem cik gribi, tas ir tik deficīts, ka labāk gribētos ieteikt varu - tā mīkstuma (korpuss kā nekā ir trīsdimensiju liekuma objekts) un metināmības dēļ. Lai vai kā, stāv rakstīts, ka 1 kvadrātpēda zemējuma plāksne esot ievērojami par maz ne tikai saldūdenī, bet arī pat jūrā. Tāpēc, un ne tikai tāpēc ļoti svarīgi ir zemējuma plāksnes sadalīt, lai 30x30 cm gabalus izvietotu pa perimetru kuģim iespējami daudzās vietās, tas stipri samazinot varbūtību, ka var notikt zibens re-emisija no kuģa apmalēm un vantīm(!!). Šis malas zibens efekts aiznes ne mazāk jūrasbraucēju dzīvības kā tiešs zibens trāpījums, jo noved komandu bezsamaņā, no kā "atkačāt" var tikai mākslīgā elpināšana (neizmirstiet starpā kabatslakatiņu, lai nesanāk kā skūpsts un STD) un sirds masāža (skaitām otro līdz trešo ribu no lejas un spiežam). Pie viena, pārogļota borta sieniņa izlūzīs pie pirmā viļņa sitiena, ar izrietošām sekām, kas krāšņumā tikai nedaudz atpaliek no mastā ieskrējuša zibens ietaisīta gaumīga govs pēcpuses lieluma cauruma kuģa korpusa dibenā - apstākļos, bezkaunīgi atgādināsim, kad liela daļa komandas atrodas EMP izraisītā bezsamaņā. 

Plāksnes izvietojam vismaz abiem bortiem jahtas dobei stūres pinnes apkārtnē, divas plāksnes bortos pret mastu un arī pats purngals, lai arī viļņos tas bieži ir ārā no ūdens - bet, statistika saka, ka lauvas tiesa zibens spērienu sabojātu jahtu notiekot ostās (!), nevis atklātā jūrā(!). Vai arī izmanto vēl vairāk plāksnes, piemēram, tai skaitā uz ķīļa. Man personiski ir liela nepatika pret caurumiem korpusā zem ūdenslīnijas, tomēr visās instrukcijās piekodināts taisni tur urbt caurumus plākšņu stiprināšanai un lietot skrūves vismaz 12 mm diametrā, lai zibens tās neizkausē. Zinu, ka līmējot nerūsošo skārdu ar mīksto silikona pastu pret otru nerūsošo lapu, kontakts ir tik izcils, ka ar rokām noplēst vienu no otras ir neiespējamāk par neiespējamu. Domāju, ka šo līmi var rekomendēt arī vara plākšņu pielīmēšanai pie borta. Tiesa, ka vads, lai kā arī to nenoformētu, radīs ievērojamu hidrodinamiskās aptekamības problēmu peldlīdzeklim. Taču te ir labs risinājums, kā iztikt bez korpusu caururbjošas skrūves:

Zemējuma vadam pats mazākais pieļaujamais šķērsgriezums esot 8 AWG, kas atbilst 3,26 mm resnam vadam jeb 8 mm2. Cits standarta variants 4 AWG jeb 3.8 mm, kas ir 11 mm2. Rēķinot ar Prīča likumu šādu stiepli kā kūstošo drošinātāju, tam jāizkūst pie apmēram 5 kA. Tāpēc daudzi eksperti brīdina, ka vadu jāņem daudz resnāku, vismaz 20-60 mm2. Vārdu sakot, ņemam resnāko, kādu maks atļauj. Masts drīkst būt izmantots kā strāvas vads, ja ir no alumīnija. Oglekļa šķiedra gan mazliet strāvu vada, bet nepietiekoši, jādublē ar vadu. Un solītais brīnums, kā taisīt vadu, lai tas nebremzē kuģi, ir skārda plāksnes vads. Vara skārds ar biezumu 0,5 mm dod 50 mm2 jau pie platuma 10 cm, tikai. Turklāt vairāku zemējuma plākšņu gadījumam to droši var samazināt uz pusi, un, tāpat kā plāksnes, sēdināt silikona tepē. Sic! saskrūves, sakniedes ir galēji nevēlamas. Varu ar varu labi var salodēt ar misiņu (un boraku kā kusni, propāna autogēna deglis ar skābekli), taču tas radīs elektroķīmisku konfliktu (rūsu). Var un labi var salodēt ar vara-fosfora cietlodi, ko lieto santehniķi, bet neslikti var salodēt ar degli un vara stiepli uz siltuma atvada dzelzsgabala (izkausēts verš ir ļoti nasks uz tecēšanu), vai vēl skaistāk, ar vara elektrodu, kas domāts čuguna metināšanai un maiņstrāvas loku (nez kāpēc tam nepatīkot līdzstrāva, taču kas tad notiek, man nav gadījies izmēģināt, savukār ar maiņstrāvu padodas viegli un bez mokām). Kad esam tikuši ārā no ūdens, laiks loksni saskrūvēt ar vadu, neaizmirstiet, ka skrūve vismaz 12 mm un jālieto hermētiķis, lai kontakts nerūsē (solidols plus termosēdināmais kembriks). Vadam taisot līkumus, jāparūpējas, lai liekums nav asākā radiusā kā 20 cm. Jo zibens ir ļoti īss laikā un lielā mērā uzvedas kā augsfrekvence, t.i. asiem līkumiem cauri neiet, tos burtiski uzspridzinot. Tipisks negatīvais zibens strāvas augšanas laiks ir 1–10 mikrosekundes un lēnāka ir dilšana 50–200 mikrosekunžu laikā. Zemējumam noteikti NAV jālieto masta troses, jo trāpījuma gadījumā bez atsaitēm palicis masts (izkusa taču) krītot ir vienlīdz nāvējošs kā zibens, tas nekas, ka sver nieka simts kg, jo šoreiz augstums ir tā nāvējošais spēks. Tomēr troses nevajag izolēt no masta puses, jo tās veidojot lielisku Faradeja Būri virs cilvēkiem, kas neļauj Elektromagnētiskajam Pulsam (EMP) tos iedzīt bezsamaņā, tā vismaz stāv rakstīts. Parasti EMP gan lieto saiknē ar kodolsprādzieniem, taču zibens radītie, lai arī pamatīgi vājāki kā kodola transformācijās radītie, tāpat ir bīstami organismam, jo rada bezsamaņu un sirdsdarbības apstāšanos. Tieši šī iemesla dēļ vēlams pa borta iekšpusi laivai apvilkt perimetrālu cilpu (iesaka trīs līdz četras ar 10-15 cm distanci), pie kā pievienot zemējamos objektus, tas uzlabo Faradeja Būra efektu. Ja laivai ir alumīnija kants apkalums kā manējai, to var izmantot viena perimetrālā vada vietā.

Uz masta - augšējam zibensnovedēja galam jābūt vismaz 10 mm resnam bet der pat 20 mm, kas mazāk ticami izkusīs, ja zibens nolems iespert. Augšas gals jānospicina iespējami smails, vēlams 15 grādu leņķi, bet ne platāku kā 30 grādi. Materiālu (atkal) rekomendē varu vai bronzu un aizmirstot par nerūsošo (nevaru komentēt kāpēc nē). Tam elektrovadītspēja ir tikai divreiz sliktāka par minētajiem materiāliem (1.7E-8 un 0.69E-8). pēc manas imho alumīnija mastam iederētos alumīnija štoks, jo tas nav jābaidās no rūsēšanas kontakta vietā. Tomēr šādu rekomendāciju nekur neatradu. Nepatīkšanas te rada VHF rācijas antena - jo novedēja spicei jābūt vismaz 15 cm augstāk par jebko citu uz masta (!), bet antenai paralēls vads vismaz tuvāko divu metru attālumā ir nepieļaujams, jo tas sabojās antenas vilņu pretestību (impedanci, VSVR). Tātad, variants a) novedējs tup antenas galā apmēram pusotru metru virs tās, un lejup iet pa antenas caurules vidu - būs problēmas ar tiltu izbraukšanu. Otrs variants, biežāk lietots - antenai ir galā sava spice, kas ar apmēram 1 mm spraugu savienota ar otru spicumu kas ir īstais zibensnovedējs, bet zemāk. Negaisa laikā, lejā, antenu atslēdz no radiostacijas un iezemē pie masta. Tad zibens aizbiedēšanai (izplatot zemes potenciāla lādiņus viegli jonizēt aizsāktā atmosfēras piezes slānī) strādā antenas spicums (tas protams jāietaisa uz tās), bet zibens trāpījuma gadījumā pirmais trieciens izkausēs antenu, un tad stafeti pārņems īstais zibensnovedējs. Labi nav ne tā, ne šā, tomēr jau tā bieži masts traucē iziet zem tiltiem, un lieki metri uz tā netiek gaidīti ar aplausiem. Jaunākā ideja, šobrīd kā reizi gatavoju izmēģināšanai - zemējuma spice montēta uz pamatnītes ar ritentiņu, kas ļauj ar trosīti spici vai nu izbīdīt virs antenas, vai ievilkt iekšā masta korpusā. Kad skaidrs laiks, nostiepjam vienu virves galu u, kad savelkas mākoņi, paraujam otru virves galu.

Jābrīdina no ļoti pievilcīgas idejas, kāda Turku firma to ražo (EvoDis) un tirgo par "nieka" pārtūkstoš naudiņām (www.mto.com.tr/single-post/lightning-protection-for-boats-sailboats-and-yachts), tas ir asu spicumu veida slotiņa masta galā, kas pat neesot jāzemē. Ne tikai teorija bet arī prakse ir pierādījusi, ka tāda ir galēji neefektīva un var zibeni pat pievilkt, un firmas popularizētie apgalvojumi ir klaji melīgi. Šādu brīdinājumu savulaik ir bijis gana daudzos ūdenssporta cienītāju žurnālos un tiem nav iemesla neticēt. Tāda ir arī Eiropas Komisijas nostāja, kam Čehu aktīvisti pat draudējuši ar tieslietu, ja nemainīs nostāju. Nemainīja. Eiropā mastu slotiņas ir ar Tiesas Lēmumu aizliegtas.

Un nu par koroziju un korozijas mērījumiem. Instrumenti - parasts 5 Eur elektroniskais testeris, kam ir mērdiapazons x2000 mV. Un vai nu speciālais jūrā mērcamais sudraba-sudraba hlorīda references elektrods (e-bay, nieka 150 Eur un uz priekšu) vai (mans minējums) titāna plaukstas izmēra plāksne. Vada pievienojuma vietu jāsalej piķī, elektriski kvalitatīvi izolējot, lai ūdens netiek klāt, citādi rādīs smagi nepareizi. Izdara mērījumu borttīkla masai pret jūru un novērtē skaitli vadoties no sekojošiem apsvērumiem.

Pamatā visam ir teorija, konkrēti, metālu elektroķīmiskā potenciāla aktivitātes rinda (milivolti mērīti pret references elektrodu, kas iemērkts jūras ūdenī):