Historia ochrony odgromowej w Polsce
- dr Kristian Leonard Chrzan
POCZĄTKI BADAŃ NAD ELEKTRYCZNOŚCIĄ NA ŚWIECIE
W pierwszej połowie XVIII wieku, w czasie bezpośrednio poprzedzającym wynalazek piorunochronu, wiedza o elektryczności była bardzo uboga. Williams Gilbert w swym dziele De Magnete (1600) wprowadził termin "elektryczność", omówił ciała podlegające elektryzowaniu przez tarcie i wprowadził podział na przewodniki i nieprzewodniki. Około 1663 Otto von Guericke zbudował pierwszą maszynę elektrostatyczną, ulepszoną w 1709 przez fizyka angielskiego Francisa Hauksbee. Kondensator elektryczny wynaleziony został w 1745 przez von Kleinsta z Kamienia Pomorskiego i niezależnie od niego przez van Musschenbroek'a z Lejdy (1746).
We Francji Charles Dufay sformułował zasadę rzucającą pewne światło na istotę elektryczności o istnieniu dwóch odrębnych rodzajów elektryczności "szklanej" i "żywicznej". Właściwością obu elektryczności jest odpychanie się tych samych i przyciąganie różnych rodzajów. Doprowadziło to do powstania dwóch konkurencyjnych teorii fluidów. Mógł to być albo jeden fluid (single fluid theory), którego nadmiar czy niedomiar oznaczał elektryzację dodatnią lub ujemną, albo też dwa fluidy (double fluid theory), dodatni i ujemny. W badaniach elektryczności brało udział wielu eksperymentatorów, Stephen Gray, Johan Heinrich Winkler (Lipsk 1746, O mocy elektrycznej własności wody w szklanych naczyniach, Die Staerke der elektrischen Kraft des Wassers in glaessernen Gefaessen); Giambatista Beccaria, (Turyn 1753, Dell’elettricismo artificiale e naturale),Jacques de Romas, Thomas Francois D’Alibard, Jean Antoine Nollet, Georg Wilhelm Richman.
Pierwszy piorunochron zainstalował Beniamin Franklin na swym domu w Filadelfii już w roku 1752. W tym samym roku piorunochron zbudowany został we Francji przez Louisa Guilleaume Le Monnier [1] a we Florencji przez Giovani Babtiste Torre [1].
Prawdopodobnie niezależnie od Franklina, w 1754 Prokop Divis (Dievisch) zbudował piorunochron w Przymietycach koło Znojma na Morawach [2, 3] Następne instalacje zamontowane zostały w 1760 roku na domu kupca Wiliama West'a w Filadelfii i na latarni morskiej koło Plymouth w Anglii. Do najstarszych w Europie należą także: piorunochron na wieży kościoła św. Marka w Wenecji (1766), na domu lekarza Johanna Reimarusa w Hamburgu (1768), na kościele św. Jakuba w Hamburgu (1769) i na kościele p.w. Wniebowzięcia NMP (Augustianów) w Żaganiu na Śląsku (1769) [4].
Do szybkiego rozpowszechnienia się piorunochronów w końcu XVIII w. przyczyniły się spektakularne zniszczenia wywołane przez piorun, zwłaszcza eksplozje magazynów prochu w Wenecji, (1767), w Brescia (1772), gdzie zginęło 3000 ludzi, w forcie Malaga na Sumatrze (1782), licznych statków i kościelnych wieży oraz ewidentne braki uszkodzeń obiektów po wyposażeniu ich w piorunochrony. Do takich słynnych budowli, wielokrotnie niszczonych wcześniej przez pioruny należą m. in. katedra św. Marka w Wenecji, katedra w Sienie. Jednym z pierwszych okrętów wyposażonych w piorunochron w postaci łańcucha był Endeavour [1].
POCZĄTKI OCHRONY ODGROMOWEJ W POLSCE
Początki rozwoju ochrony odgromowej na świecie przypadają na okres, w którym państwo polskie pod rządami ostatnich królów Augusta III Wettina i Augusta Poniatowskiego, chyliło się ku upadkowi. Reformie szkolnictwa jak np. założenie Akademii Rycerskiej, Collegium Nobillium, rozwojowi przemysłu hutniczego i górniczego w Okręgu Staropolskim, ceramicznego i szklarskiego oraz rozwojowi transportu, towarzyszył również rozkwit nauki i sztuki. Wybitnymi jej reprezentantami byli Staszyc, Hugo Kołłątaj, Śniadecki, Lelewel, Konarski.
Dla rozwoju ochrony odgromowej w Polsce Stanisławowskiej duże znaczenie miał rozwój piśmiennictwa. Zaczęły ukazywać się periodyki np. Pamiętnik Historyczny y Polityczny, wydawany przez Drukarnię Nadworną Pijarów P. Dufora i M. Groella, Wiadomości Warszawskie czy Dziennik Wileński. Jedną z pierwszych informacji o butelce leydejskiej jest artykuł w Wiadomościach Warszawskich pt. Doświadczenia około leydejskiej flaszki z 5.07.1766 roku. W roku 1777 ukazał się obszerny podręcznik fizyki ks. Józefa Hermana Osińskiego: Fizyka doświadczeniami potwierdzona,która na stronie 384 omawia "konduktory". Na stronie 408 znaleźć można opis pioruna kulistego: "pokazują się niekiedy kule wielkie na powietrzu palące się. Takie kule niekiedy z wielkim hałasem pękają, na miejscach na których trzaskają, fetor siarki zostawiają".
Bardzo owocnym dla ochrony odgromowej był rok 1784. Magazyn Warszawski z 1784 r. w tomie I, cz. 2 na str. 346-349 zamieścił artykuł pt. Rysunek i opis dokładnego konduktora wyjęty z wiadomości uczonych de Gotha i dzieła o elektryce sławnego Cavallo, z angielskiego przetłumaczony. W tym samym roku wydana została w Warszawie książeczka ks. J.H. Osińskiego Sposób Ubezpieczajacy Życie y Maiątek od Piorunów (rys. 1). To szczególne dzieło liczy 50 stron i zawiera 18 rysunków (rys. 2). W rozdziale pierwszym jest podany opis konstrukcji konduktora.
W rozdziale drugim są podane przykłady skuteczności piorunochronów na podstawie informacji zagranicznych, m. in. list Franklina do P. Dalibard’a. Autor cytuje też dzieło „Vom Blitze” P. Reimarusa wydane w Hamburgu w 1778. Następne rozdziały, objaśnione rysunkami podają szczegóły dotyczące zakładania instalacji i materiałów. Autor opisuje także konserwację piorunochronu, zamieszcza kompletny kosztorys instalacji, sposoby ratowania ludzi i budynków w które uderzy piorun.
Rys. 1. Strona tytułowa książki ks. Józefa Hermana Osińskiego pt. Sposób Ubezpieczający Życie i Majątek od Piorunów, wydanej w Warszawie w 1784. Ze zbiorów Biblioteki Ossolineum we Wrocławiu.
Dzieło Osińskiego i inne publikacje jak np. przedruki edyktów króla pruskiego i cesarza austriackiego Józefa I o zakazie dzwonienia podczas burzy, zamieszczone w Pamiętniku Historycznym i Politycznym przyniosły znaczące efekty. 30.08.1784 biskup płocki Michał Poniatowski wydał rozporządzenie do plebanów i klasztorów zakazujące dzwonienia podczas burzy i zalecające stosowanie się do rad ks. Osińskiego. Dzwonienie podczas burzy było wówczas rozpowszechnionym zabobonem w całej Europie i miało rzekomo uciszać burze. W rzeczywistości liczni dzwonnicy przypłacili życiem lub porażeniem elektrycznym za swą niepotrzebną i niebezpieczną pracę.
Pierwszy piorunochron w Polsce został zamontowany na ratuszu w Rawiczu w 1783 roku przez burmistrza tego miasta Christiana Gottloba Stieglera. Donosi o tym zdarzeniu styczniowy numer Pamiętnika Historycznego i Politycznego z roku 1784, w artykule poświęconym Franklinowi (rys. 3, 4).
Rys. 3. Ratusz w Rawiczu, widok współczesny
Rys. 4. Adnotacja w Pamiętniku Historycznym i Politycznym o zainstalowaniu w Rawiczu piorunochronu w roku 1783.
Bardzo niewiele wiemy o Christianie Stieglerze. Poszukiwania przeprowadzone przez autora w aktach miasta Rawicza w Archiwum Państwowym w Poznaniu wykazały, że Christian Stiegler piastował urząd burmistrza od 1774 do 1786 przez kilka dwuletnich kadencji. Rawicz założony został w 1638 za zgodą króla Władysława IV Wazy. W wieku XVII na terenie Wielkopolski powstało dużo nowych miast. Napływ protestantów uciekających przed prześladowaniami religijnymi z Austrii i Niemiec w okresie wojny trzydziestoletniej wpłynął na ożywienie gospodarcze. Jak wykazuje Opis Miast Polskich z lat 1793-1794 (opracowanie Jana Wąsickiego, Uniwersytet Adama Mickiewicza, Poznań 1962) w tym okresie, w Rawiczu zamieszkiwało około 5 000 Niemców i po 1000 Polaków i Żydów. Zatem Christian Stiegler był prawdopodobnie narodowości niemieckiej.
W maju 1783 ksiądz Jowin Fryderyk Bystrzycki wyposażył w sześć konduktorów pałac Michała Jerzego Mniszcha w Dęblinie [5]. Ksiądz Bystrzycki (1737-1821) był jezuitą, święcenia kapłańskie i doktorat otrzymał w Wilnie [6]. Po kasacie zakonu w 1773 został nadwornym astronomem króla Stanisława Augusta. Od 1779 do 1799 prowadził pierwsze, systematyczne pomiary ciśnienia i temperatury w Warszawie. Był on kontynuatorem badań księdza Osińskiego, w roku 1800 wydał poprawiony tom 2 jego Fizyki doświadczeniami potwierdzonej.
Lipcowy numer 1784 nieocenionego Pamiętnika Historycznego i Politycznego podaje też lakoniczną informację, że 6.07 tegoż roku, kosztem Jego królewskiej Mości dokończono na wieży zamkowej w Warszawie konduktor (trzeci w Polsce). „Jest on spuszczony z dwóch stron wieży, i składa się z dwóch odnóg; z których jedna, od strony starego miasta jest to drót na puł cala gruby, i prętami żelaznemi na łokieć od muru oddalony; zaś druga naprzeciw garderoby, jest blacha żelazna biała na 3 cale szeroka, do samego muru przytwierdzona. Końce tak drótu, jak i blachy wpuszczono w doły umyślnie wykopane.”
W ciągu XIX w. ukazuje się nadal wiele publikacji poświęconych konduktorom. Były one rozmaicie nazywane, na co wskazują m.in. następujące tytuły [7]: Mallet, Nauka o piorunociągach, wskazująca jak powinny być stawiane na magazynach prochowych. Tłumaczenie z francuskiego, Warszawa 1818; Smirnow F., Nadzwyczajne skutki gradochronów. Artykuł w Tygodniku Rolniczo-Technologicznym ukazujacy się w Warszawie w 1845 r., s. 416-417 i 454-455; Rychnowski F., O urządzaniu odgromników. Artykuł z opisem instalacji na gmachu sejmowym we Lwowie, w Czasopiśmie technicznym we Lwowie z 1887; Weber L., Instrukcja o zakładaniu gromochromów przy budowlach, wydana w formie odbitki z Przeglądu Technicznego w 1887, s. 39 Prof. S. Szpor [8] odnalazł w dziele Stanisława Staszica z 1815 O ziemiorództwie Karpatów i innych gór i równin Polski opis burzy w Tatrach, z którego wynika, że ten znany Polak zaobserwował pioruny oddolne 125 lat przed Mc Eachronem, odkrywcą tego rodzaju piorunów na Empire State Building: „ ... słychać nieprzyjemny huk, nieustanne błyskanie i piorunów bicie. Tych zdawało się więcej ostrzem wypadać w górę, niźieli z góry uderzać w skały”.
WIEK XX
Na początku XX wieku konstruktorem szklanych kondensatorów wysokonapięciowych był wybitny chemik, profesor Politechniki w Lozannie, a później prezydent Polski, Ignacy Mościcki. Już w 1905 roku Mościcki wskazał na ograniczone możliwości iskierników rożkowych i przedstawił nowy, ulepszony ogranicznik przepięć [9]. Produkcję nowych aparatrów podjęła fabryka kondensatorów we Fribourgu w roku 1907, które od nazwiska dyrektora fabryki nazwane zostały wentylami Giles’a.
W latach trzydziestych firma K. Szpotański i Spółka SA opanowała produkcję nieliniowych rezystorów pod nazwą featyt i uruchomiła produkcję iskiernikowych ograniczników przepięć (odgromników zaworowych). Konkurencją dla tych aparatów były ekspansywne ograniczniki ze spadkiem katodowym „Katodex” z fabryki „Kleiman i Synowie” [10]. Te tradycje kontynuowane były w latach pięćdziesiątych w zespole prof. Szpora, w którym skonstruowano tanie odgromniki wydmuchowe ze śrubowym kanałem gazowym [11] oraz uruchomieniem produkcji ograniczników beziskiernikowych z własnymi warystorami tlenkowymi na początku lat dziewięćdziesiątych w zakładach ZWAR w Przasnyszu.
Prof. Stanisław Szpor (1908-1981)
Rozpoczął badania piorunowe jeszcze przed II wojną światową i kontynuował je podczas internowania polskiej 2 Dywizji Strzelców w Szwajcarii, (która brała udział w kampanii francuskiej w roku 1940) w obozie uniwersyteckim w Winterthur. Najważniejsze wykonane w tym czasie prace dotyczyły wpływu pioruna na drzewa [12], wykonano też pierwsze w Europie fotografie pioruna wielokrotnego [13]. Po powrocie do kraju, prof. Szpor został kierownikiem Katedry Wysokich Napięć na Politechnice Gdańskiej. W latach pięćdziesiątych prof. Szpor opublikował szereg artykułów o zastosowaniu dławików szeregowych do ochrony stacyjnej [14] oraz rozpoczął pomiary prądów pioruna przy pomocy pręcików magnetycznych w wielu punktach Polski na liniach elektroenergetycznych i kominach przemysłowych. Jednym z największych osiągnięć zespołu była rewizja wartości szczytowych prądu pioruna. Analizy wyników wskazywały, że są one średnio dwa razy większe od niektórych publikowanych w literaturze [15]. Na zdjęciach wykonanych przez zespół Profesora wykryto pioruny o rekordowej liczbie 3 punktów uderzeń [8]. Pasją profesora była jego własna teoria relaksacyjna liderów schodkowych, którą zaproponował w 1942 roku w Szwajcarii [16] oraz efekt naskórkowości podczas przepływu prądu pioruna przez przewody [17]. W pionierskiej pracy [18] prof. Szpor zwrócił uwagę na błędy pomiaru prądu pioruna spowodowane odbiciami fali na końcach słupa. Dorobek naukowy Profesora obejmuje 190 artykułów, 16 książek, 25 patentów, był promotorem 13 prac doktorskich [13]
Prof. Janusz Lech Jakubowski (1905-1997)
W 1945 roku prof. Jakubowski został Dziekanem Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej. W roku następnym założył Instytut Elektrotechniki, Polski Komitet Ochrony Odgromowej. Został pierwszym rektorem Politechniki w Algierze i pracował w tym kraju 7 lat. Był członkiem rzeczywistym PAN, doktorem honoris causa Politechniki Warszawskiej i Politechniki Łódzkiej. Głównym obszarem działania Profesora była technika wysokich napięć, ma jednak znaczące osiągnięcia naukowe w ochronie odgromowej. Wykazał niesłuszność teorii zakładającej występowanie fal wędrownych pod wpływem składowej magnetycznej indukowanego przez piorun pola elektrycznego [19], wykazał że wyładowania niezupełne ze zwodów pionowych, wywołane przez pole elektryczne chmury burzowej, nie wpływają na strefę chronioną [20]. Bibliografia Profesora obejmuje około 250 pozycji, w tym 200 dotyczy nauk technicznych a 40 ma edycję obcojęzyczną [20]. Wydał 5 książek w tym „Piorun ujarzmiany” (1957) i „Podstawy teorii przepięć w układach energoelektrycznych” (1969).
LITERATURA
[1] Prinz H. lightning in history. in Golde L.H., Lightning, Vol. 1 Physics of lightning. Academic Press 1977
[2] Sevcov I., Ochrona odgromowa. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 1966, tłumaczenie z j. słowackiego
[3] Victory B.M., Benjamin Franklin and Germany. Ph.D. thesis, University of Pennsylvania 1915
[4] Hasse P., Wiesinger J., Handbuch fuer Blitzschutz und Erdung. Pflaum Verlag, Muenchen 1993
[5] Orłowski B. et al. Z dziejów techniki w Polsce. Wydawnictwo PAN, Warszawa 1992, s. 478
[6] praca zbiorowa, Polski Słownik Biograficzny. tom III, 1937, s. 177-178
[7] Stowarzyszenie Elektryków Polskich, Historia Elektryki Polskiej. Tom I, Nauka, Piśmiennictwo i Zrzeszenia. Wydawnictwo naukowo-Techniczne, Warszawa 1976, s. 202
[8] Szpor S., Polskie wyniki piorunowe. Problemy 1968, nr 7, s. 425-431
[9] Mościcki I. Wentyle Giles’a. Przegląd Elektrotechniczny 1925 nr 7
[10] Kleiman M., Ekspansywny ochronnik przepięciowy ze spadkiem katodowym. Przegląd Elektrotechniczny 1935 nr 11
[11] Szpor S., Ochrona odgromowa t. 2, PWT, Warszawa 1955
[12] Szpor S., Elektrische Widerstaender der Baeume und Blitzgefaerdung. Zeitschrift fuer Forstwesen, 1945, nr 9
[13] Wasilenko E., Prof. Stanisław Szpor, człowiek i jego dzieło. Seminarium Postęp w Dziedzinie Ochrony Odgromowej, Gdańsk 1999, s. 11-37
[14] Szpor S. Inductance coils for the protection of substantions against the effects of lightning. CIGRE Session, Paris 1958
[15] Szpor S., Comparison of Polish versus American lightning records. IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems 1969, pp. 646
[16] Szpor S., Theorie de relaxationdu leader seccade de la foudre. Bull. Schweiz. Electr. Vereins 1977 s. 1293
[17] Szpor S., Skin effect in current impulses due to lightning. CIGRE Session, Paris 1946
[18] Szpor S., Influence of surge reflactions on lightning current records. Archiwum Elektrotechniki 1971, zeszyt 2, pp. 305-310
[19] Jakubowski J.L., Calculation of the magnetic component of the voltage induced by lightning in power lines. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, vol. 35, no. 11-12, 1987, pp. 747-751
[20] Jakubowski J.L., Wpływ świetleń na strefę chronioną piorunochronów prętowych. Archiwum Elektrotechniki to. II, zeszyt 1-2, 1952, s. 165-174
[21] Flisowski Z., Horodecki A., Śliwiński T., Na 90-lecie profesora Janusza Lecha Jakubowskiego. Nauka, 1996 nr 1, s. 165-171
