Sistemul de protecție împotriva fulgerului este necesar nu numai pentru o casă inteligentă, ci pentru orice structură. În cazul în care fulgerul lovește casa, protecția împotriva trăsnetului va împiedica rănirea persoanelor, protejarea echipamentului și a echipamentelor electrice împotriva deteriorării. După ce citiți articolul, veți afla cum funcționează protecția împotriva fulgerului, de ce este foarte important și cât de mult va costa instalarea.
Ce este fulgerul
În timpul mișcării masei de aer, schimbărilor de umiditate și a altor factori, se produce o acumulare de energie electrică statică în atmosferă, a cărei tensiune atinge miliarde de volți. Când tensiunea devine prea mare, apare o descărcare electrică, numită fulger. Descărcarea se realizează pas cu pas - zona atmosferei în apropierea celui mai mare stres ionizează. Prin zona ionizată se află fluxul (liderul) - o descărcare mică, creând un canal pentru o descărcare puternică a arcului. Lungimea fluxului ajunge la câțiva kilometri. Dupa defalcarea unei sectiuni, fulgerul se blocheaza cu cateva microsecunde, dupa care liderul loveste urmatoarea sectiune.
În același timp, un streamer care avansează de la sol se ridică de la sol. Acest lucru se datorează diferenței potențiale și atracției reciproce a câmpurilor încărcate și neîncărcate. Pământul, datorită conductivității sale electrice mari și a masei uriașe, joacă rolul unui electrod neîncărcat, astfel încât încărcătura de electricitate statică atrage molecule neîncărcate în sine. Același efect apare atunci când frecați degetele cu un înveliș al unor dulciuri - începe să atragă pielea sub acțiunea electricității statice. Atunci când ambele fluxuri sunt conectate, apare un canal stabil, prin care trece o cantitate imensă de energie, atingând zeci de gigawați.
Locația formării stratului inferior depinde de:
- înălțimea deasupra solului;
- umiditatea aerului;
- viteza vântului;
- nivelul ionizării aerului.
Liderul inferior este format cel mai adesea în partea de sus a coroanelor copacilor, a acoperișurilor clădirilor și a altor obiecte ridicate deasupra nivelului solului. Când se formează canalul, un curent de mii de amperi trece prin locul de apariție a stratului inferior. Dacă fulgerul lovește acoperișul casei, atunci electricitatea statică cu o tensiune de milioane de volți afectează oamenii și aparatele de uz casnic. Ca urmare a unui astfel de impact, echipamentul se descompune, oamenii sunt grav răniți, adesea ducând la moarte și apar incendii.
Cum funcționează sistemul de protecție împotriva trăsnetelor din clădiri?
Scopul principal al protecției împotriva trăsnetelor este schimbarea locației formării stratului inferior. Pentru aceasta, trebuie avută în vedere o lege fizică - curentul electric merge pe calea cea mai mică rezistență. Aerul are o rezistență electrică foarte ridicată, astfel încât fluxul este format ca urmare a ionizării și descărcării. Protecția împotriva trăsnetului oferă o schimbare a înălțimii celui de-al doilea pol pentru descărcare. Protecția împotriva paratrăsnetului este săpată sau înfrânată în pământ, astfel încât, atunci când fulgerul se lovește, întreaga încărcătură intră adânc în sol și se disipează acolo. Receptorul de fulgere și împământarea sunt conectate printr-un conductor din oțel, cupru sau aluminiu, care poate rezista fără probleme la zeci de mii de amperi. Turnul de trăsnet se ridică deasupra clădirii, astfel încât fluxul se formează nu din acoperiș, ci din ea. Ca urmare, un fulger intră în receptorul de trăsnet și, printr-o conexiune metalică, scapă în pământ, unde se risipește fără să se deterioreze.
Pentru a determina necesitatea protecției împotriva trăsnetului, luați în considerare următorii factori:
- înălțimea clădirii deasupra solului;
- umiditatea solului mediu;
- conductivitatea electrică a solului;
- frecvența furtunilor în zona în care este instalată casa;
- materiale de acoperis;
- prezența în apropierea casei de arbori înalți, structuri metalice sau din beton armat.
Fulgerul urmează întotdeauna calea cea mai mică rezistență. Dacă casa se înalță peste celelalte clădiri, atunci sunt șanse ca mai devreme sau mai târziu fulgerul să cadă în ea. Acest lucru este valabil mai ales pentru regiunile în care furtunile sunt frecvente. Dacă există un copac în apropierea casei, o structură metalică sau din beton armat, fulgerul îl va lovi cel mai probabil. La urma urmei, conductivitatea electrică a lemnului sau a betonului armat este de zeci de mii de ori mai mare decât cea a aerului. Acoperișul metalic este un factor provocator pentru fulgere. La urma urmei, conductivitatea electrică a devenit mult mai mare decât cea a lemnului sau a betonului armat, iar o zonă mare conduce la o încărcare mai puternică. Aici, același principiu funcționează ca și în ingineria electrică: cu cât secțiunea transversală a conductorului este mai mare, cu atât este mai mică rezistența și, în consecință, cu cât este mai mare curentul.
Tipuri de receptoare de trăsnet pentru case particulare
Toate protecțiile împotriva trăsnetului sunt împărțite în:
- tipul și numărul de detectoare de trăsnet;
- tipul și numărul de conducători curenți;
- tipul și suprafața solului;
- eficiența generală.
Detectoarele de lumină sunt împărțite în:
Receptoarele de iluminare active, conform producătorului, formează independent ștafeta inferioară, dar eficacitatea lor nu este dovedită. Ca detector pasiv natural de trăsnet, poate fi utilizat un acoperiș metalic dacă poate rezista curentului de descărcare. Pentru aceasta, grosimea sa trebuie să fie de cel puțin 7 mm. Receptorul cu fulgere în formă de pin este un bolț metalic, cel mai adesea un bolț de oțel care se înalță peste clădire. Receptorul de iluminare prin cablu este realizat dintr-un cablu de oțel întins pe clădire pe două suporturi pentru transportul curentului. Receptorul cu fulgere de rețea este realizat sub forma unei rețele de oțel care se ridică deasupra acoperișului.
Grosimea și numărul de ghidaje curente sunt calculate pe baza zonei clădirii. Acestea trebuie să reziste la curentul de zeci de mii de amperi și să nu deterioreze coroziunea. La urma urmei, orice deteriorare mărește rezistența conductorului curent, ca urmare a supraîncălzirii și chiar a topirii, ceea ce poate duce la un incendiu. Adesea, în calitate de plumb curent, se utilizează armarea pereților sau coloanelor din beton armat. În acest caz, protecția împotriva trăsnetului este construită în clădire în etapa de pregătire a proiectului de construcție. Apoi excavați groapa pentru fundație și montați pământul, apoi treceți la restul lucrării. Suprafața și tipul de împământare sunt determinate pe baza zonei clădirii, a rezistenței solului și a materialului utilizat.
Cele mai eficiente receptoare de trăsnet, care străbat clădirea câțiva metri. Puțin mai puțin eficiente sunt receptoarele de iluminare prin cablu. Acest lucru se datorează faptului că zona efectivă la care detectorul de trăsnet oferă protecție este egală cu înălțimea sa. Dacă receptorul de trăsnet se ridică deasupra acoperișului metalic cu 10 metri, atunci raza efectivă de protecție la nivelul acoperișului va fi de 10-12 metri. Prin urmare, pentru o protecție eficientă, receptorul de iluminare prin cablu trebuie să fie ridicat peste acoperiș la o distanță egală cu lățimea casei. Receptorul de lumină din rețea este eliberat de astfel de limitări. Receptorul de trăsnet este cel mai puțin eficient, deoarece funcționează pe același principiu - raza de protecție este egală cu înălțimea deasupra casei. Prin urmare, pentru protecția de înaltă calitate trebuie să fie de o înălțime uriașă, care va fi foarte costisitoare. Receptoare de iluminare suficient de eficiente și necostisitoare, așezate pe sau sub acoperiș. În cazul în care acoperișul este metal, atunci grila trebuie așezată deasupra acestuia la o altitudine de 10-50 cm. Dacă acoperișul este din bitum sau plăci, atunci grila poate fi suspendată direct sub ea. Grosimea cablului, a plaselor sau a știftului ar trebui să fie suficientă pentru a rezista curentului de mii de amperi fără supraîncălzire.
Este posibil să faceți o protecție eficientă împotriva trăsnetului?
Atunci când se calculează protecția împotriva trăsnetelor, trebuie luați în considerare mai mulți factori, în care numai un specialist în astfel de sisteme este bine cunoscut. La urma urmei, trebuie să determinați conductivitatea electrică a solului, să calculați dimensiunea și forma pământului, secțiunea transversală a conductorului curent, tipul, dimensiunea și metoda de instalare a detectorului de trăsnet. Puteți face totul, cum spun ei, "cu ochii", dar un astfel de sistem va fi eficient? La urma urmei, nu fiecare proprietar al unei case inteligente știe:
- de ce este imposibilă conectarea directă a firelor de cupru și aluminiu (datorită electrolizei cauzate de rezistența diferită a peliculelor de oxid, firele corodate);
- de ce este imposibil să se realizeze împământarea din aluminiu (astfel de împământare sub acțiunea curenților galvanici va deveni rapid inutilă);
- de ce conductorul curent trebuie acoperit cu o acoperire anticorozivă dielectrică și conductivitatea de împământare (pentru a proteja conductorul de contactul cu umiditatea atmosferică și pentru a asigura interacțiunea electrică maximă cu solul).
Există o mare cantitate de alte "de ce", care afectează eficiența sistemului de protecție împotriva trăsnetelor. Din acest motiv, nu experimentați, deoarece, ca urmare a unei erori, poate apărea un incendiu sau un șoc electric. Erori făcute în timpul proiectării și instalării protecției împotriva trăsnetelor vor duce la pătrunderea unei părți din energia fulgerului în cablarea electrică internă și distrugerea tuturor electronicii.