Mecanismul furtunilor cu fulgere.
Masele umede și calde de aer neperformante duc la formarea unor nori de furtună cumulonimbus. Nori de acest tip sunt foarte extinse atât orizontal (aproximativ 10 km în diametru) cât și vertical (până la 15 km). Forma lor (în special planurile orizontale superioare și inferioare) adesea seamănă cu o nicovală. diferențele de temperatură considerabile în cumulonimbus (la temperatura sa de partea superioară poate scădea până la -65 ° C), creează o foarte rapid curenții de aer în creștere, ceea ce conduce la particulele de apă de electrificare. Tipic thundercloud partea superioară, care constă din cristale de gheață, de obicei, încărcat pozitiv, în timp ce partea inferioară, formată din picături de apă, are o sarcină negativă. prin urmare, partea de jos a norului devine cauza sarcini opuse electric (adică porțiunea deasupra solului a norului de particule se obține sub o sarcină pozitivă).
Astfel, formațiunile cumulonimbus sunt un fel de condensator uriaș, al cărui diametru mediu atinge adesea 1-2 km. Câmpul electric atmosferic la sol (aproximativ 600 V / m la vreme bună) poate atinge o valoare absolută de 15 până la 20 kV / m chiar înainte de deversarea la sol (fulgere). Înainte și în timpul unei lovituri de trăsnet, atât în interiorul norului, cât și între nori se pot observa descărcările electrice.
Pe baza direcției în care se dezvoltă descărcarea electrică (în sus sau în jos) și a polarității descărcării (negativă sau pozitivă), există patru clase de descărcări ale trăsnetului între nor și pământ. În practică, fulgere de tip descendent și negativ apar mai des decât altele: se crede că în câmpiile și în zonele climatice temperate, acestea reprezintă 96% din toate categoriile de "nori-pământ".
Mecanismul loviturii de trăsnet
Prin observația vizuală este imposibil să se facă distincția între fazele separate ale unui fulger. Acest lucru se poate face numai cu ajutorul camerelor de mare viteză. Cele mai multe fulgere testat mai multe etape: lider descendent apare din punct de nor și se extinde aproximativ 50 m la o viteză foarte mare (aproximativ 50.000 km / s). Apoi, al doilea lider apare din același punct. Prin urmare, o cale pe aproximativ aceeași viteză anterioară și se extinde dincolo de punctul final al primului lider la aproximativ aceeași distanță, și apoi, la rândul său dispare. Acest proces se repetă până la ultimul lider al vârfului ajunge la punctul de câteva zeci de metri, sau chiar la doar câțiva metri deasupra solului. Apoi, de la sol la norul începe de evacuare inversă (streamer sus), pe toată lungimea care circulă un curent electric atunci când liderii descendente și ascendente întâlni, are loc descărcarea principal, urmat de o serie de evacuări secundare ce se extind pe lungimea canalului, descărcarea principal ionizată. În medie, curentul unui fulger negativ este de aproximativ 35.000 A.
Impactul fulgerului
Efectul fulgerului este efectul unui curent puls de curent ridicat care se propagă inițial într-un mediu gazos (atmosferă) și apoi într-un mediu solid (mediu) mai mult sau mai puțin conductiv (pământ). Se disting următoarele tipuri de impact:
- efecte vizuale (flash): cauzate de mecanismul avalanșei Townsend;
- efecte acustice: este cauzată de propagarea unui val de șoc (creștere de presiune) care apare în calea de descărcare, iar acest efect se simte la o distanță de până la 10 km;
- efectul termic: căldura este eliberată ca urmare a efectului Joule în canalul ionizat;
Efecte electrodinamice: acestea sunt forțe mecanice care acționează asupra conductorilor plasați într-un câmp magnetic creat de un curent de înaltă tensiune. Ele pot duce la deformare
- efecte electrochimice: aceste efecte minore se manifestă sub forma descompunerii electrolitice conform legii lui Faraday;
efectele de inducție: într-un câmp electromagnetic alternativ, un curent indus apare în fiecare conductor; - Efectele asupra animalelor (umane sau animale): trecerea prin corp a unui curent tranzitoriu de o anumită valoare a RMS poate provoca un atac de cord, o încălcare a respirației și arsuri.
Consecințele loviturilor de trăsnet pot fi împărțite în două tipuri:
- deteriorarea obiectului asociat cu un impact direct, când un fulger lovește clădirea sau o parte din ea. Acest lucru poate provoca daune semnificative, de obicei ca urmare a unui incendiu. Aceasta poate fi protejată prin intermediul sistemelor externe de protecție împotriva trăsnetelor (detectoare de trăsnet);
- daunele provocate indirect, când fulgerul provoacă tensiuni de supratensiune în cablurile de alimentare sau în liniile de alimentare. Prin urmare, este necesar să se utilizeze dispozitive de protecție împotriva supratensiunii (SPD) pentru a proteja împotriva supratensiunii de impuls și a curenților induși.
Protecție împotriva fulgerului direct
Pentru a proteja clădirile împotriva loviturilor de trăsnet, sistemul de protecție împotriva trăsnetelor este construit astfel încât să protejeze întreaga clădire și să conducă curentul electric la sol, de-a lungul drumului, cu o rezistență minimă. Toate cele patru tipuri de sisteme de protecție îndeplinesc aceste cerințe.
Tehnologie de protecție împotriva fulgerelor
Caracteristicile instalației
sistemul activ de protecție împotriva trăsnetelor include următoarele componente:
- receptorul activ de trăsnet și catargul de extensie;
- doi colectori de curent vertical sau, în cazul mai multor receptoare active de iluminat, câte o atingere pentru fiecare receptor activ de iluminare. În acest caz, și receptoarele de trăsnet se unesc împreună;
- o cutie de joncțiune pentru fiecare conductor de curent vertical pentru a permite testarea rezistenței la sol;
- un scut protector pentru protejarea colectorilor de curent vertical la ultimii doi metri deasupra solului;
- împământare pentru a disipa curenții de trăsnet la sfârșitul fiecărui cablu de curent vertical;
- legătura dintre împământarea protecției împotriva trăsnetelor și bucla principală de bază a obiectului, cu posibilitatea detașării unul de celălalt;
- măsuri de protecție împotriva distrugerii ființelor vii din cauza atingerii accidentale sau a tensiunii pasului (de exemplu, etichete de avertizare).
Sistem de protecție împotriva fulgerelor cu fulgere.
Dominând clădirii, Paratrasnete sunt mult mai probabil decât elementele clădirii, provocând începerea fanioane în creștere, și, astfel, crește probabilitatea de fulger în ele, mai degrabă decât obiectul protejat.
Acest tip de protecție este recomandat pentru posturile de radio și antenele care necesită o zonă de protecție relativ mică.
Sistemul de protecție împotriva trăsnetelor cu ajutorul unui detector cu trăsnet include următoarele componente: - un receptor de fulgere și un catarg de extensie;
- doi colectori de curent vertical;
- o cutie de joncțiune pe fiecare conductor de curent vertical pentru a oferi posibilitatea de a verifica rezistența la pământ a conductorului curent;
- un scut protector pentru protejarea colectorilor de curent vertical la ultimii doi metri deasupra solului;
- Conexiune potențială între fiecare element de împământare pentru protecția împotriva trăsnetelor și bucla principală de bază a obiectului, cu posibilitatea detașării;
- măsuri de protecție împotriva daunelor aduse ființelor vii datorate atingerii și treptei de tensiune (de exemplu semne de avertizare).
Sistem de protecție împotriva fulgerelor cu grilaj
Această tehnologie asigură separarea și dispersia curentului de trăsnet printr-o rețea de conductori de curent și întrerupătoare de împământare. Rețeaua de admisie a trăsnetului unește o multitudine de colectoare verticale de curent, asigurând o protecție foarte eficientă a clădirilor în care se află echipamente sensibile la interferențe electromagnetice. Acest lucru se datorează faptului că un curent ridicat de trăsnet este distribuit de-a lungul conductorilor de curent verticali, ca rezultat al căruia un mic curent curge în fiecare dintre ele, provocând o ușoară interferență datorită unei mici inducții. Sistemul de protecție împotriva trăsnetelor cu o rețea de recepționare a fulgerelor include următoarele componente:
- o rețea de conductori cu un anumit pitch așezat pe acoperiș;
Tehnologie de protecție împotriva fulgerelor
- măsuri de protecție împotriva daunelor cauzate ființelor vii datorate atingerii și treptelor de tensiune (de exemplu semne de avertizare);
- echilibru potențial între fiecare element de împământare pentru protecția împotriva trăsnetului și bucla principală de bază a obiectului, cu posibilitatea detașării.
Sistemul de receptoare de iluminat orizontal (cablu) constă dintr-unul sau mai multe conductori de curent întinși peste structura protejată. Zona de protecție poate fi determinată utilizând un model electrogeometric.
Ambele capete ale colectorilor de curent trebuie să fie legați la pământ. Pentru a instala colectori de curent tensionați, este necesar un calcul preliminar atent pentru a determina tipul suporturilor, rezistența mecanică a structurii și distanțele izolației.
Această tehnologie este utilizată pentru a proteja obiectele periculoase (explozive și periculoase) în cazurile în care nu este posibilă montarea receptoarelor de lumină și a colectorilor de curent direct în instalație.
Protecția împotriva efectelor indirecte ale fulger, atunci când este necesar cablurile și liniile de înaltă tensiune un fulger, au început să se răspândească la supratensiuni salt, care pot realiza echipamente electrice care se hrănesc. O astfel de supratensiune de impuls poate fi cauzată și de inducția electromagnetică cu lovitură indirectă de fulgere (în obiectele din apropiere).
Acest lucru poate duce la mai multe consecințe: .. îmbătrânirea prematură a componentelor electronice, distrugerea PCB-urilor, defecțiuni ale echipamentelor, pierderea de date, accident de software-ul, deteriorarea liniilor etc. Prin urmare, este necesar să se utilizeze o protecție de protecție dispozitiv la supratensiuni pentru echipamente expuse la lovituri de trăsnet. Utilizarea protecției împotriva supratensiunii este recomandată cu fermitate atunci când clădirea este echipată cu protecție externă la trăsnet. În unele țări, tip 1 SPD este recomandat sau necesar pentru instalare. O protecție sigură este asigurată atunci când SPD de tip 1 este instalat pe placa de intrare, în timp ce plăcile de distribuție sunt echipate cu SPD tip 2.
Echilibrarea potențială a elementelor metalice
În timpul unei lovituri de trăsnet, sau chiar ca urmare a efectelor indirecte ale conexiunii echipotențiale incorecte, prin formarea de o diferență de potențial, poate crea o scânteie, care prezintă un pericol pentru oameni și sunt potențial provoca un incendiu în instalația. Prin urmare, o bună stare a sistemului de legături echipotențiale la instalație face parte integrantă din protecția eficientă împotriva trăsnetelor.
Izolarea electrică necesară între colectorul de fulgere sau structura de plumb curentă și metalică poate fi realizată prin observarea între aceste părți ale distanței S.
Materialul este preluat din cataloagele ABB