Vlákno názorů k článku Hardware inteligentního internetového termostatu od Ray - Zdar a silu, nesledoval jsem cely serial, tak...

Dobře. Kontrolní otázka.

10. ledna odjedu na dva týdny hory. 12. ledna přijde kalamita, která strhne vedení VN k trafostanici. Při zapnutí tradfa po opravě vznikne přechodový jev, který sejme Arduino. Otázka zní: Stihnu vyndat ze šupléku Arduino dřív, než zamrznou a popraskají radiátory, když průměrná teplota venku bude -10°C?

Arduino vem čert, to je pár korun. Pět radiátorů po 2500, rozmočený koberce a zničená plovoučka jsou přece taky levnější, než pořádně ochránit jednu sběrnici... A případný "odskok" z 200km vzdálené destinace se taky dá zvládnout zadarmo a za pět minut.

A o platnosti Murphyho zákonů tady snad nikdo nepochybuje.

Velice hezký je třeba to řešení, co máte na venkovním čidle. Kdybych to takhle udělal na baráku, kde je střecha 10m vysoko a v místě křížení je okap spojený s hromosvodem, na baráku čtyři svody, stane se při úderu 100kA blesku zhruba tohle:
- Proud se rozdělí do čtyř svodů. Předpokládejme, že rovnoměrně. Do každýho vletí 25kA.
- Předpokládejme svody s impedancí 10Ohm/m. Od připojení okapu k zemi 10m, takže impedance svodu 100mOhm. Na svodu v místě připojení okapu je 2,5kV, na stejným potenciálu je svod okapu.
- Deklarovaný provozní napětí UTP je 350V, pro blesk to není problém. Vletí do obou žil současně, transil nemá co řešit.
- Termostat se dostane na napětí 2,5kV proti zemi. Prorazí se zdroj (asi to nejede z baterek) a po průrazu klesne odpor sběrnice proti zemi třeba na 10 ohmů.
- Touto cestou se vydá 1% proudu toho svodu, tzn, 250A (proudový dělič). Transil v termostatu se pokusí spojit žíly, aby těch 125A nešlo do GPIO pinu. Při tomto prvním a posledním hrdinským činu se odpaří i s chráněnám procesorem.
- Prakticky okamžitě se odpaří měď v těch UTP s tím, že začne hořet izolace a zapálí třeba nábytek, záclony,...
- Pokud by někdo v té době držel kabel od sběrnice v ruce, tak se blesk vykašle na prorážení zdroje. Zkrátí si to skrz izolaci kabelu a dobrovolníka třeba do armatury betonové podlahy. Pokud bude jeho impedance po průrazu řekněme 5kOhmů proti zemi, U^2/Z = 1,25kW. Upeče se zevnitř. Naštěstí nestihne moc trpět, je to hodně rychlý.

Konkrétní návrh ochran hodně závisí na místních podmínkách a na instalaci. Je tam potřeba si zodpovědět hodně otázek a v diskusi (no, vlastně ani v článku) by na to nebyl prostor.

Můžu vás ale odkázat na stránky o ochtaně před bleskem. http://www.kniska.eu/ Vymyslel je soudní znalec v oboru ochrany před bleskem a přepětím. Dá se tam najít i SW pro aanlýzu rizik, vysvětlení jak blesky chytata a jak zemnit,.. Myslím, že tamní informace budou relevantnější a komplexnější, než bych mohl napssat sem.

Ty stránky by si měl ve vlastním zájmu přečíst každý, kdo nějak manipuluje s kabeláží z venku dovnitř. Hlavně ti idioti, co omotají UTP kolem svodu hromosvodu, dají AP na jímač, mají anténní stožáry vyšší než hromosvod a dělají podobný zvěrstva, by je měli mít povinný a po jejich prostudování test, v případě neúspěchu zakončený kopancem do rozkroku.

Zdravím,

díky za zajímavé články. Jestli bude na rootu více věcí na podobné téma, určitě to uvítá hodně lidí.

Ochrana busu je zásadní a rád bych znal jednoduché a správné řešení. Nebuďte prosím jako zde hodně mluvící ale málo sdělující zamindrákovaný inženýr a nastiňte jak byste 1-Wire bus chránil?

Napadla mě jednoduchá tranzistorová ochrana, viz: http://pandatron.cz/?797&jednoduche_prepetove_ochrany

Jinak jsem prolítl yten článek na Pajdatronu a ... Řekl někdo autorovi, že varistor není bipolární transil? A některý tam popsaný ochrany patrně neochrání nic.

No ja ani ne,
opravdu by se to hodilo nekam napsat, mam taktez nekolik cidel na strechu a docela se bojim, po precteni diskuze, zas na druhou stranu, mam na strese kolektory a tam je teplomer a drat vede podel trubek primo az do ridici jednotky a je to tak od certifikovane firmi tak nevim.

klidne pod navaod jak to udelat spravne napsat na vlastni nebezpeci protoze nic na 100% nefunguje

net je plnej navodu na arduino i picko ktere pri delsim zapojeni akorat dotycne upecou, tak kdyby se nekomu chtelo tento trend zvratit nejsem proti.

Jenomže ono to není tak jednoduchý. Existuje hned několik věcí, na který si je potřeba u kabelu dávat pozor:

1) Nadproudy a zkraty
2) Zemní smyčky
3) Unikající proud
4) Potenciálový rozdíl mezi žílama
5) Elektrický pole
6) Kapacitní vazba
7) Indukční vazba
8) Vyrovnání potenciálu
9) ESD
10) Přechodový jevy

A každý se řeší jinak, navíc se liší i podmínky. Navíc vyřešení jednoho bodu zhorší odolnost jinde, něco z rtoho někde nemusí vůbec vadit (ESD u 230V), jinde to samý může být smrtelný...

Transil v tomhle případě pomůže na 4 (omezeně), 9 a 10 (částečně), zbytek neřeší.

Tak nevím, nepletou se vám někde Ohmy a miliOhmy?

Izolace dnešních UTP by hořet neměla, většina kabelů se dělá jako bezhalogenové samozhášivé. Maximálně někam skápne plast o teplotě nějakých 300 °C, což asi ani nic nezapálí. Myslím že zhruba od této části dál je ten text už v oblasti sci-fi.

Nebo možná i dřív - Wikipedia si myslí, že typický blesk má 30 kA, 15 C náboje a 500 MJ energie. Trvá řádově desítky mikrosekund (maximální fáze) a doznívá stovky mikrosekund už o řádově nižších proudech. Na druhou stranu odpor lidského těla při výboji je údajně jen 500 Ohmů, ne těch 5k.

Odpaří-li se měď, kudy půjde těch 250 A do toho člověka?

======
A teď já:

Podíval jsem se do dokumentace, jak máme dělaný hromosvod na baráku: je to AlMgSi o průměru 8 mm. Dohledal jsem, že měrný odpor AlMgSi je 29 nOhm.m:

http://elektrika.cz/data/clanky/wkkpmuh040907

10 m takového vodiče bude mít odpor 5.8 mOhm, jestli dobře počítám. My teda takových vodičů kolem domu máme patnáct, ale počítejme ty čtyři. 7.5 kA na tomto vodiči udělá 43.5 V, což sice může leccos spálit nadproudem, ale výbojem to moc daleko nepřeskočí. Navíc pokud by se toho drátu na druhém konci držel člověk, tak nebude tvrdě připojený k potenciálu země. No ale i kdyby byl uzemněný natvrdo a dostalo se do něho 1 % výboje, tedy 75 A na 43.5 V po dobu řekněme 100 mikrosekund, je to energie 0.33 J. Smrtelná dávka elektrického šoku je podle tohoto odhadována na cca 4 kJ (ale nepochybně bude záviset i na napětí a proudu, nejen na energii):

https://books.google.com/books?isbn=052187811X

Co jsem přehlédl?

A to bych ještě řekl, že do člověka o odporu 500 Ohmů by napětí 43.5 V nemělo jak dostat proud 75 A - podle Ohmova zákona mi to vychází na 87 mA.

Samozhášivý neznamená nehořlavý... A už jsem viděl UTP kabel, jak pěkně zapálil dřevo.

Měď se odpaří při nárůstu teploty. Teplota naroste v důsledku toho, že napřed proteče proud. Takže průchod proudu se roztavením nevylučuje, naopak. Průchod proudu je podmínkou toho tavení.

A přehlídnutí bylo ohledně toho, že se jedná o přechodový jev. Nedá se počítat jenom s činným odporem, ale beton se chová jako vodič (polarizační jevy), v drátech nastane skin efekt a uplatní se i jejich indukčnost. Ještě nějaký dotaz?

Beton se chová jako vodič, čili přes člověka toho poteče ještě méně?

Indukčnost vodiče hromosvodu znamená co? Že působení neodezní po těch 100 mikrosekundách? Za jak dlouho teda?

No dobře: skin efekt; impedance; přechodový jev. Člověk se furt něco učí. Jedeme dál:

Budeme věřit, že ten můj hromosvod má tu vaši impedanci 100 mOhm. Jaké frekvenci to asi odpovídá?

http://chemandy.com/calculators/round-wire-impedance-calculator.htm

Když tam dosadím 10000 mm, hliník a 8 mm průměr dostávám Z=100 mOhm u frekvence 600 kHz. Což si vykládám tak, že ten přechodový jev lze aproximovat sinusovkou o této frekvenci. Tedy náběh do maximálního napětí trvá řádově jednu čtvrtvlnu této frekvence, a náběh do maximálního proudu (a odpovídající pokles napětí) druhou čtvrtvlnu. V tu dobu už se ale napětí nemění, takže takže drát se během té druhé čtvrtvlny přiblíží zpět svému stejnosměrnému odporu. Můj odhad tedy je, že na konci první čtvrtvlny bude v místě toho senzoru napětí těch vašich 2.5 kV (asi méně - vy počítáte s 25 kA, já se 7.5 kA), a na konci druhé čtvrtvlny bude těch mých 43.5 V. Řekněme tedy, že vaše napětí bude působit v průměru po dobu jedné čtvrtvlny, nějakých 0.4 mikrosekund.

Je otázka, jestli během této doby si stihne blesk prorazit všechny vzduchové a jiné izolované mezery (přes izolaci UTP, přes kůži člověka, přes tu betonovou podlahu), a jestli způsobí nějakou škodu. Nejdřív ta rychlost: Podle tohoto videa blesk vyrobí ionizovaný kanál až k zemi za nějakou čtvrtsekundu:

https://www.youtube.com/watch?v=CfYiFSTkBWk

Pokud pro jednoduchost předpokládám, že mraky jsou ve výšce 250 m, je to rychlost 1 km/s, tedy 0.4 mm za těch 0.4 mikrosekundy. To je podle mě na proražení izloace UTP kabelu a ještě jednotlivého vodiče málo (drze předpokládám, že rychlost průrazu bude stejná jako ve vzduchu).

A teď ta škoda: Pokud by člověk už měl proraženou kůži a dostal těch 2.5 kV do těla o odporu 500 Ohmů, procházel by jím proud 5 A a výkon 12.5 kW. Po dobu 0.4 mikrosekundy, ovšem. Čili do člověka by se uložila energie 0.005 J. Proud by sice na tu dobu překročil fibrilační hranici 120 mA, ale pochybuju, že by reálně k nějaké fibrilaci došlo. A ke škodě na nervové soustavě téměř jistě ne.

Navíc pokud přechodový jev na hromosvodu samotném, tak přechodové jevy na sousedních izolovaných objektech budou taky, a možná ještě ve větší míře.

Co jsem zanedbal tentokrát?

A ještě jedna věc: já tady píšu proto, abych se o tom něco dozvěděl. Takže bych chtěl požádat, abyste případně svá tvrzení poněkud víc rozepsal. Je nakonec možné, že to nejde počítat ani tak jak to mám já, ani tak jak to máte vy. Například tam nikde nefiguruje těch 100 MV napětí mezi mrakem a zemí.

„... U^2/Z = 1,25kW. Upeče se zevnitř. Naštěstí nestihne moc trpět, je to hodně rychlý...“ A jak dlouho výboj trvá? Vzhledem k tomu, že kolem 1 milisekundy, tak mi energie pohlcená v dobrovolníkovi vychází na 1,25 J! S tím toho moc nenapečete.