Механізм утворення блискавки грози.
Нестійкі вологі і теплі повітряні маси призводять до утворення купчасто-дощових грозових хмар. Хмари цього типу дуже великі як по горизонталі (близько 10 км в діаметрі), так і по вертикалі (до 15 км). Їх форма (особливо верхня і нижня горизонтальні площини) часто нагадує ковадло. Значні перепади температур в купчасто-дощової хмарі (в його верхній частині температура може опускатися до -65 ° C) створює дуже швидкі висхідні потоки повітря, що призводить до електризації частинок води. У типовому грозовому хмарі верхня частина, що складається з кристалів льоду, як правило, заряджена позитивно, в той час як нижня частина, що складається з крапель води, має негативний заряд. отже, нижня частина хмари стає причиною появи електрично протилежних зарядів (тобто частки над ділянкою землі під хмарою отримують позитивний заряд).
Таким чином, купчасто-дощові освіти є свого роду величезний конденсатор, середній діаметр якого часто досягає 1-2 км. Атмосферний електричне поле на землі (близько 600 В / м в гарну погоду) безпосередньо перед розрядом на землю (ударом блискавки) може досягати абсолютного значення від 15 до 20 кВ / м. До і під час удару блискавки як всередині хмари, так і між хмарами можна спостерігати електричні розряди.
Виходячи з напрямку, в якому розвивається електричний розряд (вниз або вгору), і полярності розряду (негативний або позитивний), можна виділити чотири класи розрядів блискавки між хмарою і землею. На практиці удари блискавки спадного і негативного типу відбуваються частіше за інших: вважається, що на рівнинах і в помірних кліматичних зонах на їх частку припадає 96% всіх розрядів «хмара-земля».
Механізм удару блискавки
Шляхом візуального спостереження неможливо розрізнити окремі фази удару блискавки. Це можна зробити тільки за допомогою високошвидкісних камер. Більшість блискавок проходять кілька стадій: спадний лідер виникає з точки в хмарі і проходить близько 50 м на дуже високій швидкості (близько 50 000 км / с). Потім з тієї ж точки з'являється другий лідер. Він прямує шляхом попереднього на приблизно такий же швидкості і проходить за кінцеву точку першого лідера приблизно на таку ж відстань, а потім в свою чергу зникає. Цей процес повторюється, поки вершина останнього лідера не досягне точки в кілька десятків метрів або навіть всього в кілька метрів над поверхнею землі. Потім від землі до хмари стартує зворотний розряд (висхідний стример), по всій довжині якого циркулює електричний струм: коли спадний і висхідний лідери зустрічаються, виникає основний розряд, за яким слідує серія вторинних розрядів, що проходять по всій довжині каналу, іонізованого основним розрядом. В середньому ток негативного удару блискавки становить близько 35 000 А.
вплив блискавки
Вплив блискавки - це вплив імпульсного струму великої сили, який спочатку поширюється в газовому середовищі (атмосфері), а потім у твердій, більш-менш провідному середовищі (земля). Виділяються наступні види впливів:
- візуальні ефекти (спалах): викликається механізмом таунсендовской лавини;
- акустичні ефекти: викликається поширенням ударної хвилі (підвищення тиску), що виникає в шляху розряду, причому цей ефект відчувається на відстані до 10 км;
- парниковий ефект: тепло виділяється в результаті ефекту Джоуля в іонізованому каналі;
електродинамічні ефекти: це механічні сили, що діють на провідники, поміщені в магнітне поле, створюване струмом високої напруги. Вони можуть призводити до деформації
- електрохімічні ефекти: ці незначні ефекти проявляються у вигляді електролітичного розкладання відповідно до закону Фарадея;
індукційні ефекти: в змінному електромагнітному полі в кожному провіднику виникає індукований струм; - вплив на живі істоти (людини або тварина): протікання через тіло перехідного струму певного середньоквадратичного значення може викликати серцевий напад, порушення дихання та опіки.
Наслідки ударів блискавки можна розділити на два типи:
- пошкодження об'єкта, пов'язані з прямим ударом, коли блискавка вдаряє в будівлю або його частину. Це може завдати значної шкоди, як правило, в результаті виникнення пожежі. Від цього можна захиститися за допомогою систем зовнішнього блискавкозахисту (молниеприемников);
- ушкодження, викликані побічно, коли при ударі блискавки з'являються імпульсні перенапруги в силових кабелях або лініях електропередач. Звідси випливає необхідність використовувати пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП) для захисту від імпульсного перенапруження і наведених струмів.
Захист від прямого удару блискавки
Для захисту будівель від ударів блискавки система блискавкозахисту будується так, щоб захистити всю будівлю і відвести електричний струм до землі по шляху з мінімальним опором. Всім цим вимогам відповідають чотири типи систем захисту.
технології захисту від блискавок
особливості установки
система активного блискавкозахисту включає наступні компоненти:
- активний блискавкоприймач і подовжує щогла;
- два вертикальних токоотвода або, у випадку з кількома активними блискавкоприймачами, один відвід на кожен активний блискавкоприймач. При цьому самі молніепріемнікі також з'єднуються між собою;
- сполучну коробку для кожного вертикального токоотвода для забезпечення можливості перевірки опору заземлення;
- захисний екран для захисту вертикальних токоотводов на останніх двох метрах над поверхнею землі;
- заземлення для розсіювання струмів блискавок в кінці кожного вертикального токоотвода;
- з'єднання між заземленням блискавкозахисту і основним контуром заземлення об'єкта з можливістю від'єднання один від одного;
- заходи захисту від ураження живих істот в наслідок випадкового дотику або крокової напруги (наприклад, попереджувальні написи).
Cистема блискавкозахисту зі стрижневим молніепріемніком.
Підносячись над будівлею, стрижневі молніепріемнікі з більшою ймовірністю, ніж елементи самої будівлі, викликають старт висхідних стримеров, і тим самим підвищується ймовірність попадання блискавки саме в них, а не в об'єкт, що захищається.
Даний тип захисту рекомендується використовувати для радіостанцій і антенних щогл, що вимагають відносно невеликий зони захисту.
До складу системи блискавкозахисту зі стрижневим молніепріемніком входять наступні компоненти: - стрижневий блискавкоприймач і подовжує щогла;
- два вертикальних токоотвода;
- сполучна коробка на кожному вертикальному Струмовідвід для забезпечення можливості перевірки опору заземлення токоотвода;
- захисний екран для захисту вертикальних токоотводов на останніх двох метрах над поверхнею землі;
- еквіпотенційне з'єднання між кожним елементом заземлення блискавкозахисту і основним контуром заземлення об'єкта з можливістю від'єднання;
- заходи захисту від ураження живих істот внаслідок дотику і крокової напруги (наприклад, попереджувальні таблички).
Система блискавкозахисту з близкавковловлюючі мережею
Дана технологія передбачає розділення і розсіювання струму блискавки через мережу токоотводов і заземлювачів. Близкавковловлюючі мережа об'єднує безліч вертикальних токоотводов, забезпечуючи дуже ефективний захист будівель, де розміщено обладнання, чутливе до електромагнітних завад. Це відбувається тому, що високий струм блискавки розподіляється по вертикальних струмовідводів, в результаті чого по кожному з них протікає невеликий струм, що викликає незначні перешкоди внаслідок невеликої індукції. До складу системи блискавкозахисту з близкавковловлюючі мережею входять наступні компоненти:
- мережу провідників з певним кроком, покладених на покрівлі;
технології захисту від блискавок
- заходи захисту від ураження живих істот внаслідок дотику і крокової напруги (наприклад, попереджувальні таблички);
- еквіпотенційне з'єднання між кожним елементом заземлення блискавкозахисту і основним контуром заземлення об'єкта з можливістю від'єднання.
Горизонтальні (тросові) молніепріемнікі система складається з одного або декількох токоотводов, натягнутих над захищається спорудою. Зона захисту може бути визначена за допомогою електрогеометріческой моделі.
Обидва кінці токоотводов повинні бути заземлені. Для установки натягнутих токоотводов потрібен ретельний попередній розрахунок, який допоможе визначити тип опор, механічну міцність конструкції і ізоляційні відстані.
Дана технологія використовується для захисту небезпечних (вибухо- і пожежонебезпечних) об'єктів у випадках, коли немає можливості змонтувати молніепріемнікі і струмовідводи безпосередньо на об'єкт.
Захист від непрямого впливу удару блискавки Коли удар блискавки доводиться в кабелі і лінії електропередач, в них починає поширюватися стрибок імпульсного перенапруження, який може досягти електрообладнання, що вони відчувають. Таке імпульсна перенапруга також може бути викликано електромагнітної індукції при непрямому ударі блискавки (в довколишні об'єкти).
Це може привести до багатьох наслідків: передчасного старіння електронних компонентів, руйнування друкованих плат, відмови обладнання, втрати даних, зависання програм, пошкодження ліній і т. Д. Тому необхідно використовувати пристрої захисту від імпульсних перенапруг для захисту обладнання, схильного до впливу ударів блискавок. Використання пристроїв захисту від імпульсного перенапруження настійно рекомендується, коли будівля обладнана зовнішньої захистом від блискавки. У деяких країнах УЗИП Типу 1 настійно рекомендується або обов'язково для установки. Надійний захист забезпечується, коли УЗИП Типу 1 встановлено в вступному щиті, тоді як щити розподілу укомплектовані УЗИП Типу 2.
Еквіпотенційне з'єднання металевих елементів
Під час удару блискавки або навіть в результаті непрямого впливу некоректне еквіпотенційне з'єднання, за рахунок утворення різниці потенціалів, може створювати іскру, що представляє небезпеку для людини і що є потенційною причиною загоряння на об'єкті. Тому хороший стан системи еквіпотенційне з'єднання на об'єкті є невід'ємною частиною ефективної блискавкозахисту.
Необхідна електрична ізоляція між молніепріемніком або токоотводом і металевими конструкціями може бути досягнута шляхом дотримання між цими частинами відстані S.
Матеріал взято з каталогів компанії ABB