رعد و برق. وزارت شرایط اضطراری: چرا تخلیه رعد و برق خطرناک است و چگونه در صورت رعد و برق اقدام کنیم

تخلیه رعد و برق - رعد و برق - به عنوان تخلیه الکتریکی یک خازن غول پیکر در نظر گرفته می شود که یک صفحه آن ابر رعد و برقی است که از سمت پایین باردار می شود (اغلب بار منفی) و دیگری زمین است که در سطح آن بارهای مثبت وجود دارد. القا شده (تخلیه های رعد و برق نیز بین قسمت های باردار مخالف ابرها عبور می کند). این دسته ها از دو مرحله اولیه (رهبر) و اصلی تشکیل شده اند. در مرحله اولیه، رعد و برق به آرامی از یک ابر رعد و برق به شکل یک کانال یونیزه شده نورانی کم رنگ، که با بارهای منفی جاری از ابر پر شده است، به سطح زمین گسترش می یابد (شکل 4.9).

برنج. 4.9 ابر رعد و برق

یک اسیلوگرام معمولی از یک موج جریان صاعقه که از یک جسم اصابت کرده عبور می کند (شکل 4.10) نشان می دهد که در عرض چند میکروثانیه جریان صاعقه به حداکثر (دامنه) مقدار i افزایش می یابد. این بخش از موج (نگاه کنید به شکل 4.10، نقاط 1-2) زمان جلوی موج t نامیده می شود که به دنبال آن یک فروپاشی جریان است. زمان از شروع (نقطه 1) تا لحظه ای که جریان صاعقه در حال سقوط به مقداری برابر با نیمی از دامنه خود می رسد (نقاط 1-4)، دوره نیمه واپاشی T1 نامیده می شود.

از ویژگی های مهم جریان صاعقه، دامنه و سرعت افزایش جریان صاعقه (شیب موج) نیز می باشد.

دامنه و شدت جریان صاعقه به عوامل زیادی (بار ابر، رسانایی زمین، ارتفاع جسم آسیب‌دیده و غیره) بستگی دارد و بسیار متفاوت است. در عمل، دامنه موج توسط منحنی های احتمال جریان صاعقه تعیین می شود (شکل 4.11).

در این منحنی ها، مقادیر دامنه جریان های صاعقه Im در امتداد محور اردیتی رسم می شود و مقادیر احتمال وقوع این جریان ها در امتداد محور آبسیسا رسم می شود.

احتمال به صورت درصد بیان می شود. منحنی بالایی جریان های رعد و برق را با احتمال تا 2٪ و منحنی های پایین - تا 80٪ مشخص می کند. از منحنی های شکل. 4.11 می توان مشاهده کرد که جریان صاعقه در مناطق مسطح (منحنی 1) تقریباً دو برابر جریان صاعقه در مناطق کوهستانی (منحنی 2) است، جایی که مقاومت خاک بسیار بالا است. منحنی 2 همچنین برای جریان های صاعقه ای که به سیم های خط می افتند و به اجسام سر به فلک کشیده با مقاومت تماس جسم به زمین در حد صدها اهم اعمال می شود.

جریان صاعقه تا 50 کیلو آمپر اغلب مشاهده می شود. جریان صاعقه بیش از 50 کیلو آمپر از 15٪ در مناطق مسطح و 2.5٪ در مناطق قمار تجاوز نمی کند. میانگین شیب جریان صاعقه 5 kA/μs است.

صرف نظر از عرض جغرافیایی، قطبیت جریان تخلیه صاعقه می تواند مثبت و منفی باشد که با شرایط تشکیل و جداسازی بارها در ابرهای رعد و برق همراه است. با این حال، در بیشتر موارد، جریان های رعد و برق دارای قطبیت منفی هستند، یعنی بار منفی از ابر به زمین منتقل می شود و تنها در موارد نادر جریان های قطبی مثبت ثبت می شود.

با جریان های صاعقه (قطبی منفی و مثبت) است که وقوع اضافه ولتاژ در تاسیسات الکتریکی، از جمله دستگاه های ارتباطی سیمی، اغلب همراه است. دو نوع ضربه جریان صاعقه وجود دارد: صاعقه مستقیم (p.o.m.) در خط ارتباطی و اثرات غیرمستقیم جریان صاعقه در هنگام تخلیه صاعقه در نزدیکی LS. در نتیجه هر دو تأثیر در سیم های خط ارتباطی، اضافه ولتاژ از p. متر و اضافه ولتاژ القایی، تحت نام عمومی اضافه ولتاژ اتمسفر متحد شده است.

با برخورد مستقیم صاعقه، ولتاژهای بیش از چندین میلیون ولت ظاهر می شود که می تواند باعث تخریب یا آسیب به تجهیزات خط ارتباطی (قطب ها، تراورس ها، عایق ها، درج های کابل) و همچنین تجهیزات ارتباطی سیمی موجود در سیم ها شود. خط فرکانس p. در. متر مستقیماً به شدت فعالیت رعد و برق در یک منطقه معین وابسته است که با کل مدت سالیانه رعد و برق مشخص می شود که بر حسب ساعت یا روزهای رعد و برق بیان می شود.

شدت تخلیه رعد و برق با بزرگی جریان صاعقه مشخص می شود. مشاهدات انجام شده در بسیاری از کشورها نشان داده است که شدت جریان در کانال های تخلیه رعد و برق از چند صد آمپر تا چند صد هزار آمپر متغیر است. مدت زمان رعد و برق از چند میکروثانیه تا چند میلی ثانیه متغیر است.

جریان تخلیه دارای یک کاراکتر پالسی با یک قسمت جلویی به نام موج جلو و یک قسمت عقب به نام واپاشی موج است. زمان جبهه موج جریان صاعقه را با x μs نشان می‌دهند، زمان فروپاشی موج به 1/2 دامنه جریان را با t نشان می‌دهند.

فرکانس صاعقه معادل فرکانس جریان سینوسی است که به جای موج پالسی در غلاف کابل عمل می کند و باعث ایجاد ولتاژی بین هسته و غلاف با دامنه ای برابر با دامنه جریان صاعقه طبیعی می شود. به طور متوسط، m = 5 کیلوهرتز.

جریان صاعقه معادل مقدار مؤثر جریان سینوسی با فرکانس صاعقه معادل است. مقدار متوسط ​​جریان در هنگام برخورد به زمین 30 کیلو آمپر است.

تعداد و میزان آسیب هایی که در طول سال به کابل ارتباطی زیرزمینی رخ می دهد به دلایل مختلفی بستگی دارد:

شدت فعالیت رعد و برق در منطقه کابل کشی؛

طراحی، ابعاد و جنس پوشش های محافظ خارجی، هدایت الکتریکی، مقاومت مکانیکی پوشش های عایق و عایق کمربند، و همچنین مقاومت الکتریکی عایق بین هسته ها.

مقاومت، ترکیب شیمیایی و ساختار فیزیکی خاک، رطوبت و دمای آن؛

ساختار زمین شناسی زمین و مساحت مسیر کابل؛

وجود اجسام مرتفع در نزدیکی کابل مانند دکل ها، تیرهای انتقال و ارتباط برق، درختان بلند، جنگل ها و غیره.

درجه مقاومت کابل در برابر صاعقه با ضریب کیفیت کابل q مشخص می شود و با نسبت حداکثر ولتاژ ضربه مجاز به مقاومت اهمی پوشش فلزی کابل در طول 1 کیلومتر تعیین می شود. :

آسیب کابل با هر رعد و برق اتفاق نمی افتد. رعد و برق خطرناک ضربه ای است که در آن ولتاژ حاصل از دامنه ولتاژ شکست کابل در یک یا چند نقطه بیشتر شود. با همان ضربه خطرناک، چندین کابل آسیب می بیند.

هنگامی که صاعقه در فاصله ای از کابل برخورد می کند، قوس الکتریکی به سمت کابل ایجاد می شود. هر چه دامنه جریان بیشتر باشد، فاصله ای که از آن قوس می تواند ایجاد شود بیشتر می شود. عرض نوار معادل مجاور کابل که ضربه هایی که به کابل آسیب وارد می کند به طور متوسط ​​30 متر (با کابل در وسط) در نظر گرفته می شود. مساحت اشغال شده توسط این نوار، ناحیه آسیب دیده معادل را تشکیل می دهد، با ضرب پهنای نوار معادل در طول کابل به دست می آید.

به دلیل غیرقابل پیش بینی بودن کامل و قدرت زیاد رعد و برق(تخلیه رعد و برق)، آنها یک خطر بالقوه برای تاسیسات برق متعددی هستند. علم مدرن حجم زیادی از اطلاعات نظری و داده های عملی را در این زمینه جمع آوری کرده است حفاظت در برابر صاعقهو فعالیت رعد و برق، و این اجازه می دهد تا مشکلات جدی مربوط به حفاظت از صاعقه زیرساخت های انرژی صنعتی و عمرانی را حل کند. این مقاله به بحث فیزیکی می پردازد طبیعت رعد و برقو رفتار صاعقه که آگاهی از آن برای ترتیب حفاظت موثر صاعقه و ایجاد یک سیستم یکپارچه برای اتصال زمین پست های برق مفید خواهد بود.

رعد و برق طبیعت و ابرهای طوفانی

در فصل گرم در عرض های جغرافیایی میانی، در هنگام حرکت یک طوفان، با رطوبت کافی و جریان های هوای صعودی قوی، تخلیه رعد و برق (رعد و برق) اغلب رخ می دهد. دلیل این پدیده طبیعی در غلظت عظیم الکتریسیته جوی (ذرات باردار) در ابرهای تندری است که در آن در حضور جریان های صعودی، بارهای منفی و مثبت با تجمع ذرات باردار در قسمت های مختلف ابر از هم جدا می شوند. امروزه تئوری های متعددی در مورد الکتریسیته جوی و برقی شدن ابرهای رعد و برق به عنوان مهمترین عواملی که بر طراحی و ایجاد حفاظت یکپارچه صاعقه و زمینی تاسیسات برق تاثیر مستقیم دارند، وجود دارد.

بر اساس مفاهیم مدرن، تشکیل ذرات باردار در ابرها با وجود میدان الکتریکی در نزدیکی زمین همراه است که دارای بار منفی است. در نزدیکی سطح سیاره، قدرت میدان الکتریکی 100 V/m است. این مقدار تقریباً در همه جا یکسان است، به زمان و مکان اندازه گیری بستگی ندارد. میدان الکتریکی زمین به دلیل وجود ذرات باردار آزاد در هوای اتمسفر است که در حرکت دائمی هستند.

به عنوان مثال، در 1 سانتی متر مکعب هوا بیش از 600 ذره با بار مثبت و به همین تعداد ذره با بار منفی وجود دارد. با فاصله گرفتن از سطح زمین در هوا، چگالی ذرات با بار به شدت افزایش می یابد. در نزدیکی زمین، هدایت الکتریکی هوا ناچیز است، اما در حال حاضر در ارتفاعات بیش از 80 کیلومتر، رسانایی الکتریکی با ضریب 3،000،000،000 (!) افزایش می یابد و برابر با رسانایی آب شیرین می شود. اگر قیاس هایی را ترسیم کنیم، در اولین تقریب، سیاره ما را می توان با یک خازن عظیم به شکل یک توپ مقایسه کرد.

در این حالت سطح زمین و لایه هوای متمرکز در ارتفاع هشتاد کیلومتری از سطح زمین به عنوان صفحات در نظر گرفته می شوند. بخشی از جو با ضخامت 80 کیلومتر که رسانایی الکتریکی کمی دارد، به عنوان عایق عمل می کند. ولتاژ تا 200 کیلو ولت بین صفحات یک خازن مجازی ایجاد می شود و قدرت جریان می تواند تا 1400 A باشد. چنین خازن دارای قدرت باورنکردنی است - حدود 300000 کیلو وات (!). در میدان الکتریکی سیاره، در ارتفاعی بین 1 تا 8 کیلومتری از سطح زمین، ذرات باردار متراکم شده و رعد و برق رخ می دهد که محیط الکترومغناطیسی را بدتر می کند و منبع نویز ضربه ای در سیستم های انرژی است.

پدیده های رعد و برق به دو دسته رعد و برق پیشانی و رعد و برق طبقه بندی می شوند. در شکل شکل 1 نموداری از ظاهر یک طوفان گرمایی را نشان می دهد. در اثر قرار گرفتن شدید در معرض نور خورشید، سطح زمین گرم می شود. بخشی از انرژی حرارتی وارد جو می شود و لایه های زیرین آن را گرم می کند. توده های هوای گرم منبسط می شوند و بالاتر می روند. قبلاً در ارتفاع دو کیلومتری به منطقه ای با دمای پایین می رسند که در آن تراکم رطوبت رخ می دهد و ابرهای رعد و برق تشکیل می شوند. این ابرها از قطرات آب میکروسکوپی تشکیل شده اند که حامل بار هستند. به عنوان یک قاعده، ابرهای رعد و برق در روزهای گرم تابستان در بعد از ظهر تشکیل می شوند و اندازه آنها نسبتا کوچک است.

رعد و برق های پیشانی در شرایطی شکل می گیرند که دو جریان هوا با دمای متفاوت با قسمت های جلویی خود برخورد می کنند. جریان هوا با دمای پایین پایین می آید، به زمین نزدیک می شود و توده های هوای گرم به سرعت بالا می روند (شکل 2). ابرهای رعد و برق در ارتفاعات با دمای پایین که هوای مرطوب متراکم می شود تشکیل می شود. رعد و برق پیشانی می تواند وسعت نسبتا زیادی داشته باشد و منطقه قابل توجهی را پوشش دهد.

در عین حال، محیط الکترومغناطیسی پس‌زمینه به‌طور محسوسی تحریف می‌شود و باعث ایجاد نویز ضربه‌ای در شبکه‌های الکتریکی می‌شود. چنین جبهه هایی با سرعت 5 تا 150 کیلومتر در ساعت و بیشتر حرکت می کنند. برخلاف رعد و برق های حرارتی، رعد و برق های پیشانی تقریباً در تمام ساعات شبانه روز فعال هستند و برای تأسیسات صنعتی که مجهز به سیستم حفاظت در برابر صاعقه و زمین موثر نیستند، خطری جدی ایجاد می کنند. در حین تراکم در میدان الکتریکی هوای سرد، قطرات آب قطبی تشکیل می شود (شکل 3): یک بار مثبت در قسمت پایین قطره ها و یک بار منفی در قسمت بالایی وجود دارد.

به دلیل افزایش جریان هوا، جدا شدن قطرات آب اتفاق می افتد: قطرات کوچکتر بالا می آیند و بزرگترها پایین می آیند. همانطور که قطره به سمت بالا حرکت می کند، قسمت دارای بار منفی قطره بارهای مثبت را جذب می کند و بارهای منفی را دفع می کند. در نتیجه قطره دارای بار مثبت می شود. به تدریج بار مثبت جمع می کند. قطره هایی که به پایین می افتند بارهای منفی جذب می کنند و با سقوط بار منفی پیدا می کنند.

شکافت ذرات باردار در یک ابر رعد و برق به همین صورت اتفاق می‌افتد: ذرات با بار مثبت در لایه بالایی و ذرات باردار منفی در لایه پایینی تجمع می‌یابند. یک ابر رعد و برق عملا یک رسانا نیست و به همین دلیل بارها برای مدتی حفظ می شوند. اگر میدان الکتریکی قوی‌تر ابر بر میدان الکتریکی «آب و هوای صاف» تأثیر بگذارد، آنگاه جهت خود را در محل تغییر خواهد داد (شکل 4).

توزیع ذرات باردار در توده ابر بسیار ناهموار است:
در برخی از نقاط، چگالی دارای یک مقدار حداکثر، و در برخی دیگر - مقدار کمی است. در محل تجمع تعداد زیادی بار، یک میدان الکتریکی قوی با شدت بحرانی 25-30 کیلوولت بر سانتی متر تشکیل می شود، شرایط مناسب برای تشکیل رعد و برق ایجاد می شود. تخلیه رعد و برق مانند جرقه ای است که در شکاف بین الکترودهایی که الکتریسیته را به خوبی هدایت می کند مشاهده می شود.

یونیزاسیون هوای اتمسفر

هوای اتمسفر از مخلوطی از گازها تشکیل شده است: نیتروژن، اکسیژن، گازهای بی اثر و بخار آب. اتم های این گازها در پیوندهای قوی و پایدار ترکیب شده و مولکول هایی را تشکیل می دهند. هر اتم هسته ای از پروتون ها با بار مثبت است. الکترون های با بار منفی ("ابر الکترونی") به دور هسته می چرخند.

از نظر کمی، بار هسته و بار کل الکترون ها با یکدیگر برابر هستند. در طول یونیزاسیون، الکترون ها از اتم (مولکول) خارج می شوند. در فرآیند یونیزاسیون اتمسفر، 2 ذره باردار تشکیل می شود: یک یون مثبت (هسته ای با الکترون) و یک یون منفی (یک الکترون آزاد). مانند بسیاری از پدیده های فیزیکی، یونیزاسیون به مقدار معینی انرژی نیاز دارد که انرژی یونیزاسیون هوا نامیده می شود.

هنگامی که ولتاژ کافی در لایه هوا ایجاد می شود که توسط 2 الکترود رسانا تشکیل شده است، تمام ذرات باردار آزاد، تحت تأثیر قدرت میدان الکتریکی، به طور منظم شروع به حرکت می کنند. جرم یک الکترون چندین برابر (10000 ... 100000 برابر) کمتر از جرم هسته است. در نتیجه وقتی یک الکترون آزاد در میدان الکتریکی لایه هوا حرکت می کند، سرعت این ذره باردار بسیار بیشتر از سرعت هسته است. الکترون با داشتن یک تکانه قابل توجه، به راحتی الکترون های جدید را از مولکول ها جدا می کند و در نتیجه یونیزاسیون را شدیدتر می کند. این پدیده یونیزاسیون ضربه ای نامیده می شود (شکل 5).

با این حال، در هر برخوردی، یک الکترون از یک مولکول جدا نمی شود. در برخی موارد، الکترون ها به مدارهای ناپایدار دور از هسته حرکت می کنند. چنین الکترون هایی بخشی از انرژی را از برخورد الکترون دریافت می کنند که منجر به تحریک مولکول می شود (شکل 6.).

دوره "زندگی" یک مولکول برانگیخته تنها 10-10 ثانیه است، پس از آن الکترون به مدار سابق و پایدارتر انرژی خود باز می گردد.

هنگامی که الکترون به مداری پایدار باز می گردد، مولکول برانگیخته یک فوتون ساطع می کند. فوتون به نوبه خود تحت شرایط خاصی می تواند مولکول های دیگر را یونیزه کند. این فرآیند فتویونیزاسیون نامیده می شود (شکل 7). همچنین منابع دیگری برای یونیزاسیون نوری وجود دارد: پرتوهای کیهانی پرانرژی، امواج نور فرابنفش، تشعشعات رادیواکتیو و غیره (شکل 8).

به عنوان یک قاعده، یونیزاسیون مولکول های هوا در دمای بالا رخ می دهد. با افزایش دما، مولکول های هوا و الکترون های آزاد درگیر در حرکت حرارتی (آشوب) انرژی بیشتری به دست می آورند و اغلب با یکدیگر برخورد می کنند. نتیجه چنین برخوردهایی یونیزاسیون هوا است که یونیزاسیون حرارتی نامیده می شود. با این حال، زمانی که ذرات باردار بارهای خود را خنثی می کنند، فرآیندهای معکوس نیز ممکن است رخ دهد (بازترکیب). در فرآیند نوترکیب، گسیل شدید فوتون ها مشاهده می شود.

تشکیل استریمرها و ترشحات کرونا

هنگامی که قدرت میدان الکتریکی به مقادیر بحرانی در شکاف هوا بین صفحات باردار افزایش می‌یابد، یونیزاسیون ضربه می‌تواند ایجاد شود، که یک علت مکرر نویز ضربه‌ای فرکانس بالا است. ماهیت آن به شرح زیر است: پس از یونیزاسیون توسط یک الکترون یک مولکول، دو الکترون آزاد و یک یون مثبت ظاهر می شوند. برخوردهای بعدی منجر به ظهور 4 الکترون آزاد و 3 یون با بار مثبت می شود.

بنابراین، یونیزاسیون شخصیتی شبیه بهمن به خود می گیرد که با تشکیل مقدار زیادی الکترون آزاد و یون های مثبت همراه است (شکل 9 و 10). یون های مثبت در نزدیکی الکترود منفی جمع می شوند و الکترون های دارای بار منفی به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند.

در فرآیند یونیزاسیون، الکترون‌های آزاد تحرک بیشتری نسبت به یون‌ها به دست می‌آورند، بنابراین می‌توان دومی را به‌طور مشروط ذرات بی‌حرکت در نظر گرفت. هنگامی که الکترون ها به الکترود مثبت می روند، بارهای مثبت باقی مانده تأثیر زیادی بر وضعیت میدان الکتریکی دارند و در نتیجه منجر به افزایش قدرت آن می شوند. تعداد زیادی فوتون یونیزاسیون هوا را در نزدیکی آند تسریع می‌کند و به ظهور الکترون‌های ثانویه کمک می‌کند (شکل 11)، که منابع بهمن‌های مکرر هستند (شکل 12).

بهمن های ثانویه به سمت آند حرکت می کنند، جایی که بار مثبت متمرکز می شود. الکترون های آزاد از بار فضایی مثبت عبور می کنند و منجر به تشکیل یک کانال نسبتاً باریک (جریان کننده) می شود که در آن پلاسما قرار دارد. به دلیل رسانایی عالی، جریان آند را "طولانی" می کند، در حالی که روند تشکیل بهمن های الکترون های آزاد تسریع می شود و افزایش بیشتری در قدرت میدان الکتریکی وجود دارد (شکل 13 و 14)، حرکت به سمت سر استریمر الکترون‌های اضافی با یون‌های مثبت مخلوط می‌شوند و دوباره منجر به تشکیل پلاسما می‌شوند که به همین دلیل کانال جریان ساز طولانی می‌شود.

برنج. 13. افزایش قدرت میدان الکتریکی با افزایش فوتیونیزاسیون همراه است و بهمن های جدیدی از ذرات باردار تولید می کند.

پس از پر شدن شکاف آزاد با یک جریان، مرحله جرقه تخلیه شروع می شود (شکل 15) که با یونیزاسیون حرارتی فوق العاده قدرتمند فضا و فوق رسانایی کانال پلاسما مشخص می شود.

فرآیند تشکیل جریان شرح داده شده برای شکاف های کوچکی که با یک میدان الکتریکی یکنواخت مشخص می شود معتبر است. با این حال، با توجه به شکل آنها، تمام میدان های الکتریکی به همگن، کمی ناهمگن و به شدت ناهمگن تقسیم می شوند:

  • در یک میدان الکتریکی یکنواخت، شدت در امتداد خطوط نیرو با یک مقدار ثابت مشخص می شود. به عنوان مثال، میدان الکتریکی در قسمت میانی یک خازن نوع تخت.
  • در یک میدان ضعیف ناهمگن، مقادیر شدت اندازه گیری شده در امتداد خطوط نیرو بیش از 2 ... 3 برابر متفاوت است؛ چنین میدانی ضعیف ناهمگن در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال، میدان الکتریکی بین 2 برقگیر کروی یا میدان الکتریکی که بین غلاف یک کابل محافظ و هسته آن رخ می دهد.
  • میدان الکتریکی به شدت ناهمگن نامیده می شود اگر با جهش های قابل توجه در قدرت مشخص شود که منجر به وخامت جدی در محیط الکترومغناطیسی می شود. در تاسیسات الکتریکی صنعتی، به عنوان یک قاعده، میدان های الکتریکی شکل کاملاً ناهمگن دارند، که نیاز به بررسی دستگاه ها برای سازگاری الکترومغناطیسی دارد.

در یک میدان کاملاً ناهمگن، فرآیندهای یونیزاسیون در نزدیکی الکترود مثبت یا منفی جمع آوری می شوند. بنابراین تخلیه نمی تواند به مرحله جرقه برسد و در این حالت شارژ به صورت تاج («تخلیه کرونا») تشکیل می شود. با افزایش بیشتر در قدرت میدان الکتریکی، جریان در شکاف هوا تشکیل می شود و تخلیه جرقه رخ می دهد. بنابراین، اگر طول شکاف یک متر باشد، تخلیه جرقه در شدت میدان حدود 10 کیلو ولت بر سانتی متر اتفاق می افتد.

شکل لیدر تخلیه رعد و برق

با چند متر بودن ابعاد شکاف هوا، جریان های تشکیل شده رسانایی کافی برای ایجاد یک تخلیه کامل ندارند. با حرکت استریمر، تخلیه صاعقه ای تشکیل می شود که شکل لیدر به خود می گیرد. قسمتی از کانال که لیدر نام دارد با ذرات یونیزه حرارتی پر شده است. در کانال لیدر مقدار قابل توجهی از ذرات باردار متمرکز شده است که چگالی آن بسیار بیشتر از میانگین استریمر است. این خاصیت شرایط خوبی را برای شکل گیری استریمر و تبدیل آن به لیدر فراهم می کند.

برنج. شکل 16. فرآیند حرکت استریمر و ظهور یک رهبر منفی (AB بهمن اولیه است؛ سی دی استریمر تشکیل شده است).

در شکل 16 یک طرح کلاسیک برای ظهور یک رهبر منفی را نشان می دهد. جریان الکترون های آزاد از کاتد به آند حرکت می کند. مخروط های هچ شده بهمن های الکترونی تشکیل شده را نشان می دهند و مسیر فوتون های ساطع شده به صورت خطوط مواج نشان داده می شوند. در هر بهمن، برخورد الکترون ها هوا را یونیزه می کند و فوتون های حاصل دیگر مولکول های هوا را بیشتر یونیزه می کنند. یونیزاسیون شخصیت عظیمی به خود می گیرد و بهمن های متعدد در یک کانال ادغام می شوند. سرعت فوتون ها 3*108 متر بر ثانیه و سرعت الکترون های آزادانه در قسمت جلویی بهمن 1.5*105 متر بر ثانیه است.

توسعه یک جریان سریعتر از پیشرفت یک بهمن الکترون است. در شکل 16 نشان می دهد که در طی گذر از اولین فاصله بهمنی AB، یک کانال جریان با رسانایی فوق العاده در تمام طول بر روی قطعه CD تشکیل شده است. یک استریمر استاندارد با سرعت متوسط ​​106-107 متر بر ثانیه حرکت می کند. اگر الکترون های آزاد غلظت کافی بالایی داشته باشند، یونیزاسیون حرارتی شدید در کانال جریان رخ می دهد، که منجر به ظاهر شدن یک رهبر، یک ساختار خطی با یک جزء پلاسما می شود.

در حین حرکت لیدر، استریمرهای جدیدی در قسمت انتهایی آن تشکیل می شود که بعداً به لیدر نیز می رسد. در شکل شکل 17 توسعه یک رهبر منفی را در یک شکاف هوایی با میدان الکتریکی ناهمگن نشان می دهد: رهبر در امتداد کانال جریان حرکت می کند (شکل 17a). پس از تکمیل تبدیل کانال استریمر به لیدر، بهمن های جدید ظاهر می شوند.

برنج. 17. طرح شکل گیری و توسعه یک رهبر منفی در یک دوره طولانی.

بهمن های الکترونی در سراسر شکاف هوایی حرکت می کنند (شکل 17b) و یک جریان جدید تشکیل می شود (شکل 17c). به عنوان یک قاعده، استریمرها در طول مسیرهای تصادفی حرکت می کنند. با چنین شکل گیری تخلیه رعد و برق در شکاف های هوایی گسترده، حتی در شدت میدان الکتریکی کم (از 1000 تا 2000 ولت بر سانتی متر)، رهبر به سرعت مسافت های قابل توجهی را طی می کند.

هنگامی که لیدر به الکترود مقابل می رسد، مرحله لیدر تخلیه صاعقه به پایان می رسد و مرحله تخلیه معکوس (اصلی) آغاز می شود. در این حالت یک موج الکترومغناطیسی از سطح زمین از طریق کانال لیدر منتشر می شود که به دلیل آن پتانسیل لیدر به صفر می رسد. بنابراین، یک کانال ابررسانا بین الکترودها تشکیل می شود که از آن تخلیه رعد و برق عبور می کند.

مراحل توسعه تخلیه رعد و برق

شرایط برای وقوع رعد و برق در آن قسمت از ابر رعد و برق، جایی که تجمع ذرات باردار و شدت میدان الکتریکی به مقادیر آستانه رسیده است، ایجاد می شود. در این مرحله، یونیزاسیون ضربه ایجاد می شود و بهمن های الکترونی تشکیل می شوند، سپس تحت تأثیر یونیزاسیون عکس و حرارت، جریان هایی ظاهر می شوند که به لیدر تبدیل می شوند.


الف - نمایش بصری؛ ب - مشخصه فعلی.

طول صاعقه از صدها متر است و می تواند به چندین کیلومتر برسد (طول تخلیه رعد و برق به طور متوسط ​​5 کیلومتر است). به لطف نوع توسعه رهبر، رعد و برق قادر است مسافت های قابل توجهی را در کسری از ثانیه طی کند. چشم انسان رعد و برق را به صورت یک خط پیوسته از یک یا چند نوار روشن سفید، صورتی روشن یا آبی روشن می بیند. در واقع تخلیه رعد و برق چند تکانه است که شامل دو مرحله است: یک مرحله رهبری و یک مرحله تخلیه معکوس.

در شکل شکل 18 حرکت زمانی ضربات رعد و برق را نشان می دهد که تخلیه مرحله لیدر اولین تکانه را نشان می دهد که به صورت مراحل در حال توسعه است. به طور متوسط ​​خط پله پنجاه متر است و تاخیر بین پله های مجاور به 30-90 میکرو ثانیه می رسد. میانگین سرعت انتشار لیدر 105...106 متر بر ثانیه است.

شکل گام به گام توسعه رهبر با این واقعیت توضیح داده می شود که مدتی برای تشکیل یک جریان دهنده پیشرو (مکث بین مراحل) لازم است. پالس های بعدی در امتداد کانال یونیزه حرکت می کنند و دارای یک مرحله هدایت کننده فلش شکل مشخص هستند. پس از رسیدن لیدر به اولین پالس سطح زمین، یک کانال یونیزه ظاهر می شود که در امتداد آن شارژ حرکت می کند. در این لحظه مرحله دوم تخلیه صاعقه (تخلیه معکوس) آغاز می شود.

تخلیه اصلی به شکل یک خط روشن پیوسته که فضای بین ابرهای رعد و برق و زمین را سوراخ می کند (رعد و برق خطی) قابل مشاهده است. پس از رسیدن تخلیه اصلی به ابر، درخشش کانال پلاسما کاهش می یابد. به این مرحله پس درخشش می گویند. در یک تخلیه رعد و برق، حداکثر بیست ضربه مکرر مشاهده می شود و مدت زمان تخلیه خود به 1 ثانیه یا بیشتر می رسد.

در چهار مورد از هر ده مورد، تخلیه رعد و برق متعدد وجود دارد که عامل ایجاد نویز ضربه ای در شبکه های برق است. به طور متوسط، 3 ... 4 ضربه ذکر شده است. ماهیت پالس های مکرر به هجوم تدریجی بارهای باقیمانده در ابر رعد و برق به کانال پلاسما مربوط می شود.

عمل انتخابی تخلیه رعد و برق

هنگامی که کانال رهبر تازه شروع به توسعه می کند، قدرت میدان الکتریکی در سر آن با حجم بار لیدر و انباشته شدن ذرات باردار انبوه در زیر ابر رعد و برق تعیین می شود. جهت اولویت تخلیه به حداکثر قدرت میدان الکتریکی بستگی دارد. در ارتفاع قابل توجهی، این جهت تنها توسط کانال رهبر تعیین می شود (شکل 19).

هنگامی که کانال هدایت کننده تخلیه رعد و برق به سمت سطح زمین حرکت می کند، میدان الکتریکی آن توسط میدان زمین و تاسیسات عظیم برق مبتنی بر زمین منحرف می شود. مقادیر حداکثر شدت و جهت انتشار رعد و برق توسط بارهای خود و بارهای متمرکز بر روی زمین و همچنین سازه های مصنوعی تعیین می شود (شکل 20).

ارتفاع H سر لیدر از سطح زمین که در آن تأثیر قابل توجهی بر میدان الکتریکی رهبر میدان های بار به مقدار قابل توجهی روی زمین و در تأسیسات برق انباشته می شود که می تواند جهت حرکت رهبر را تغییر دهد. ارتفاع جهت تخلیه رعد و برق نامیده می شود.
هرچه بارهای الکتریکی در کانال رهبر بیشتر باشد، تغییر در مسیر حرکت رعد و برق بیشتر می شود.

شکل 21 حرکت تخلیه اصلی از سطح زمین به سمت ابر رعد و برق و انتشار لیدر به سمت زمین (سطح صاف) را نشان می دهد.

هنگامی که تخلیه رعد و برق به سمت یک سازه زمینی مرتفع (برج یا برج انتقال نیرو) به سمت تخلیه رهبر که از یک ابر رعد و برق به سطح زمین منتشر می شود، حرکت می کند، یک رهبر ضد از تکیه گاه زمین ایجاد می شود (شکل 22). در این حالت تخلیه اصلی در نقطه اتصال لیدرها اتفاق می افتد و در هر دو جهت حرکت می کند.

برنج. 22. توسعه مرحله لیدر (بالا) و مرحله تخلیه اصلی (پایین) هنگامی که تخلیه رعد و برق به تکیه گاه فلزی برخورد می کند.

روند تشکیل رعد و برق نشان می دهد که محل خاص برخورد صاعقه در مرحله لیدر تعیین می شود. اگر یک سازه زمینی بلندمرتبه مستقیماً در زیر ابر رعد و برق وجود داشته باشد (مثلاً یک برج تلویزیونی یا یک دکل خط برق)، آنگاه رهبر نوظهور در کوتاه ترین مسیر به سمت زمین حرکت می کند، یعنی به سمت رهبر که امتداد دارد. از ساختار زمین به سمت بالا

بر اساس تجربه عملی، می توان نتیجه گرفت که صاعقه اغلب به آن دسته از تأسیسات برق برخورد می کند که دارای زمین کارآمد هستند و جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می کنند. با ارتفاع مساوی، صاعقه به جسمی برخورد می کند که زمین بهتر و هدایت الکتریکی بالایی دارد. در ارتفاعات مختلف تاسیسات برق و اگر زمین مجاور آنها نیز مقاومت متفاوتی داشته باشد، صاعقه ممکن است به تاسیسات پایین تری که روی زمین قرار دارد با رسانایی بهتر برخورد کند (شکل 23).

برنج. 23. حساسیت انتخابی تخلیه رعد و برق: خاک با رسانایی الکتریکی بالا (a); خاک با کاهش رسانایی (ب).

این واقعیت را می توان با این واقعیت توضیح داد که در طول توسعه مرحله لیدر، جریان های رسانایی در مسیری با افزایش رسانایی جریان می یابد، بنابراین، در برخی مناطق، تمرکز بارهای مربوط به لیدر وجود دارد. در نتیجه، تأثیر میدان الکتریکی بارهای روی سطح زمین بر میدان الکتریکی رهبر در حال ظهور افزایش می یابد. این گزینش پذیری رعد و برق را توضیح می دهد. به عنوان یک قاعده، مناطق خاک و سازه های مصنوعی مبتنی بر زمین با رسانایی بالا اغلب تحت تأثیر قرار می گیرند. در عمل مشخص شده است که در خطوط برق با ولتاژ بالا، صاعقه بیش از یک سوم تکیه گاه های واقع در مکان های کاملاً مشخص را اصابت نمی کند.

تئوری آسیب انتخابی توسط تخلیه صاعقه اجسام زمینی تأیید عملی در ترتیب حفاظت صاعقه و زمین تاسیسات برق پست های برق یافته است. آن مناطقی که با رسانایی کم مشخص می شوند، احتمال برخورد صاعقه بسیار کمتر بود. روی انجیر 24 میدان الکتریکی بین زمین و یک ابر رعد و برق را قبل از برخورد رعد و برق نشان می دهد.

با تغییر تدریجی قدرت میدان الکتریکی یک ابر رعد و برق، رسانایی خاک تعادلی را در تعداد بارها هنگام تغییر میدان الکتریکی ابر ایجاد می‌کند. در هنگام تخلیه رعد و برق، شدت میدان به سرعت تغییر می کند که به دلیل رسانایی کم خاک، زمانی برای توزیع مجدد بارها وجود ندارد. تمرکز بارها در مکان های جداگانه منجر به افزایش قدرت میدان الکتریکی بین مکان های مشخصه و ابر رعد و برق می شود (شکل 25)، بنابراین تخلیه رعد و برق به طور انتخابی به این مکان ها برخورد می کند.

این به وضوح نظریه انتخاب پذیری تخلیه رعد و برق را تأیید می کند، که بر اساس آن، در شرایط مشابه، رعد و برق همیشه در مکان هایی می افتد که رسانایی الکتریکی خاک افزایش می یابد.

پارامترهای اصلی رعد و برق

پارامترهای زیر برای توصیف جریان صاعقه استفاده می شود:

  • حداکثر مقدار ضربه جریان صاعقه.
  • درجه شیب جبهه جریان صاعقه.
  • مدت زمان جلوی پالس فعلی.
  • مدت زمان نبض کامل

مدت زمان پالس جریان صاعقه، زمان مورد نیاز برای عبور تخلیه معکوس از فاصله بین زمین و ابر رعد و برق (20...100 میکرو ثانیه) است. جلوی پالس جریان صاعقه در این حالت در محدوده 1.5 تا 10 میکرو ثانیه است.

میانگین مدت پالس جریان تخلیه صاعقه مقداری برابر با 50 میکرو ثانیه دارد. این مقدار، مقدار استاندارد ضربه جریان صاعقه هنگام آزمایش استحکام دی الکتریک کابل های محافظ است: آنها باید در برابر برخورد مستقیم صاعقه مقاومت کنند و یکپارچگی عایق را حفظ کنند. برای آزمایش استحکام عایق هنگام قرار گرفتن در معرض ضربه های ولتاژ صاعقه (تست ها توسط GOST 1516.2-76 تنظیم می شوند)، یک ضربه ولتاژ صاعقه استاندارد اتخاذ شده است که در شکل نشان داده شده است. 26 (برای راحتی محاسبات، جلوی واقعی به یک جبهه مایل معادل کاهش می یابد).

در محور عمودی جارو برق اضافه ولتاژ در سطحی برابر با 0.3 Umax و 0.9 Umax، نقاط کنترل مشخص شده اند که توسط یک خط مستقیم به هم متصل می شوند. تلاقی این خط مستقیم با محور زمانی و با خط مستقیم افقی مماس بر Umax امکان تعیین مدت زمان پالس Tf را فراهم می کند. ضربه استاندارد رعد و برق دارای مقدار 1.2/50 است: که در آن Tf = 1.2 µs، Ti = 50 µs (مدت کل پالس).

یکی دیگر از مشخصه های مهم یک ضربه رعد و برق، نرخ افزایش جریان ولتاژ در جلوی پالس است (شیب جلو، A * μs). جدول 1 پارامترهای اصلی تخلیه صاعقه را برای زمین های هموار نشان می دهد. در کوهستان، دامنه نوسانات جریان صاعقه (تقریباً دو برابر) در مقایسه با مقادیر برای دشت ها کاهش می یابد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که کوه ها به ابرها نزدیک تر هستند، بنابراین، در مناطق کوهستانی، رعد و برق با چگالی بسیار کمتری از ذرات باردار در ابرهای رعد و برق رخ می دهد، که منجر به کاهش مقادیر دامنه جریان های رعد و برق می شود.

طبق جدول، هنگام برخورد صاعقه به برج های انتقال برق با ولتاژ بالا، جریان های عظیمی تولید می شود - بیش از 200 کیلو آمپر. با این حال، چنین تخلیه‌های صاعقه‌ای که جریان‌های قابل‌توجهی ایجاد می‌کنند، بسیار نادر هستند: جریان‌های بیش از 100 کیلو آمپر در بیش از 2٪ از تعداد کل تخلیه‌های صاعقه رخ می‌دهند و جریان‌های بیش از 150 کیلوآمپر در کمتر از 0.5٪ موارد رخ می‌دهند. توزیع احتمالی مقادیر دامنه جریان های صاعقه بسته به مقادیر دامنه جریان ها در شکل نشان داده شده است. 27. حدود 40 درصد از تمام تخلیه های صاعقه دارای جریان هایی هستند که از 20 کیلو آمپر تجاوز نمی کنند.


برنج. 28. منحنی های توزیع احتمال (در درصد) شیب جلوی ضربه جریان صاعقه. منحنی 1 - برای مناطق مسطح؛ منحنی 2 برای شرایط کوهستانی است.

سطح نویز ضربه ای و اضافه ولتاژهایی که در تاسیسات برق ظاهر می شوند به شیب واقعی جلوی جریان پالسی تخلیه صاعقه بستگی دارد. درجه شیب در محدوده وسیعی متفاوت است و همبستگی ضعیفی با مقادیر دامنه جریان های صاعقه دارد. روی انجیر شکل 28 تصویری از توزیع احتمال سطح شیب تکانه جلویی جریان صاعقه را در دشت (منحنی 1) و در کوهستان (منحنی 2) نشان می دهد.

تاثیر جریان های صاعقه

در طی عبور جریان های رعد و برق از اجسام مختلف، این اجسام تحت تأثیرات مکانیکی، الکترومغناطیسی و حرارتی قرار می گیرند.
تولید گرمای قابل توجه می تواند هادی های فلزی با مقاطع کوچک (به عنوان مثال، فیوزها یا سیم های تلگراف) را از بین ببرد. برای تعیین مقدار بحرانی جریان صاعقه Im (kA) که در آن هادی ذوب یا حتی تبخیر می شود، از فرمول زیر استفاده می شود.

k - ضریب خاص بسته به ماده هادی (مس 300...330، آلومینیوم 200...230، فولاد 115...440).
Q سطح مقطع هادی mm2 است.
tm مدت زمان پالس جریان صاعقه، µs است.

کوچکترین بخش هادی (صاعقه گیر) که ایمنی آن را در هنگام تخلیه صاعقه به تاسیسات برق تضمین می کند، 28 میلی متر مربع است. در مقادیر حداکثر جریان، یک هادی فولادی با همان سطح مقطع در چند میکروثانیه تا صدها درجه گرم می شود، اما یکپارچگی خود را حفظ می کند. هنگامی که در معرض یک کانال رعد و برق بر روی قطعات فلزی قرار می گیرند، می توانند تا عمق 3-4 میلی متر ذوب شوند. شکستگی سیم های منفرد در کابل های حفاظت از صاعقه در خطوط برق اغلب به دلیل سوختن بیش از حد توسط تخلیه صاعقه در نقاط تماس بین کانال صاعقه و کابل رخ می دهد.

به همین دلیل، صاعقه گیرهای فولادی دارای مقاطع قابل توجهی هستند: کابل های حفاظت در برابر صاعقه باید حداقل 35 میلی متر مربع در سطح مقطع و میله های صاعقه گیر باید حداقل 100 میلی متر مربع باشند. انفجار و آتش‌سوزی زمانی رخ می‌دهد که یک کانال صاعقه به مواد قابل احتراق و قابل اشتعال (چوب، کاه، سوخت و روان‌کننده‌ها، سوخت‌های گازی و غیره) برخورد کند. اثر مکانیکی جریان تخلیه‌های صاعقه در تخریب سازه‌های چوبی، آجری و سنگی که در آن هیچ حفاظت صاعقه‌ای و زمین‌بندی کامل وجود ندارد، آشکار می‌شود.

شکافتن قطب های انتقال برق چوبی با این واقعیت توضیح داده می شود که جریان صاعقه که در ساختار داخلی چوب حرکت می کند، بخار آب فراوانی را ایجاد می کند که با فشار خود الیاف چوب را می شکند. در هوای بارانی، شکافتن چوب کمتر از هوای خشک است. از آنجایی که چوب مرطوب با رسانایی بهتر مشخص می شود، بنابراین، جریان صاعقه عمدتاً از امتداد سطح چوب عبور می کند، بدون اینکه آسیب قابل توجهی به سازه های چوبی وارد کند.

در هنگام تخلیه صاعقه، قطعات چوبی به ضخامت سه سانتی‌متر و عرض تا پنج سانتی‌متر اغلب از تیرهای چوبی بیرون می‌آیند و در برخی موارد صاعقه قفسه‌ها و تراورس‌های تیرهایی را که مجهز به زمین نیستند، از وسط می‌کند. در این حالت عناصر فلزی مقره ها (پیچ و قلاب) از جای خود خارج شده و به زمین می افتند. یک بار صاعقه به قدری قوی بود که یک صنوبر بزرگ به ارتفاع حدود 30 متر به توده ای از تراشه های کوچک تبدیل شد.

تخلیه های صاعقه با عبور از شکاف های باریک و دهانه های کوچک آسیب قابل توجهی ایجاد می کند. به عنوان مثال، جریان صاعقه به راحتی برقگیرهای لوله ای نصب شده روی خطوط برق را تغییر شکل می دهد. حتی دی الکتریک های کلاسیک (سنگ و آجر) در معرض اثرات مخرب تخلیه های قوی هستند. نیروهای الکترواستاتیک ناشی از ماهیت ضربه ای که بارهای باقیمانده باعث تخریب ساختمان های آجری و سنگی با دیوارهای ضخیم می شود.

در مرحله تخلیه اصلی صاعقه در نزدیکی محل برخورد آن در هادی ها و سازه های فلزی تاسیسات انرژی، پیکاپ ضربه و اضافه ولتاژ رخ می دهد که با عبور از زمین تاسیسات انرژی، نویز ضربه ای با فرکانس بالا و ولتاژ قابل توجهی ایجاد می کند. افت، به 1000 کیلوولت یا بیشتر می رسد. تخلیه رعد و برق نه تنها بین ابرهای رعد و برق و زمین، بلکه بین ابرهای منفرد نیز رخ می دهد. چنین رعد و برقی برای پرسنل و تجهیزات تاسیسات برق کاملاً ایمن است. در عین حال، رعد و برق که به سطح زمین می رسد خطری جدی برای مردم و دستگاه های فنی به همراه دارد.

فعالیت رعد و برق در قلمرو فدراسیون روسیه

در نقاط مختلف کشورمان شدت فعالیت رعد و برق تفاوت های چشمگیری دارد. در مناطق شمالی ضعیف ترین فعالیت رعد و برق مشاهده می شود. هنگام حرکت به سمت جنوب، فعالیت رعد و برق افزایش می یابد، که با تعداد روزهایی در سال مشخص می شود که رعد و برق وجود داشته است. میانگین مدت رعد و برق برای یک روز رعد و برق در قلمرو فدراسیون روسیه از 1.5 تا 2 ساعت است. فعالیت رعد و برق برای هر نقطه از فدراسیون روسیه بر اساس نقشه های هواشناسی ویژه فعالیت های رعد و برق، که بر اساس داده های مشاهدات طولانی مدت ایستگاه های هواشناسی جمع آوری شده است (شکل 29) ایجاد می شود.

حقایق جالب در مورد رعد و برق:

  • در مناطقی که فعالیت رعد و برق در آنها 30 ساعت در سال است، به طور متوسط ​​در دو سال 1 صاعقه در هر کیلومتر مربع از سطح زمین رخ می دهد.
  • در هر ثانیه، سطح سیاره ما بیش از صد صاعقه را تجربه می کند.

روند وقوع رعد و برق توسط علم مدرن به خوبی مطالعه شده است. اعتقاد بر این است که در بیشتر موارد (90٪) تخلیه بین ابر و زمین دارای بار منفی است. انواع نادرتر باقی مانده تخلیه رعد و برق را می توان به سه نوع تقسیم کرد:

  • تخلیه از زمین به ابر منفی است.
  • رعد و برق مثبت از ابر به زمین؛
  • فلاش از زمین به ابری با بار مثبت.

بیشتر تخلیه ها در یک ابر یا بین ابرهای تندری مختلف ثابت می شوند.

تشکیل صاعقه: نظریه فرآیند

تشکیل دبی رعد و برق: 1 = تقریباً 6 هزار متر و 30- درجه سانتی گراد، 2 = 15 هزار متر و 30- درجه سانتی گراد.

تخلیه الکتریکی جوی یا رعد و برق بین زمین و آسمان در اثر ترکیب و وجود برخی شرایط ضروری ایجاد می شود که یکی از مهم ترین آنها ظهور همرفت است. این یک پدیده طبیعی است که طی آن توده های هوا به اندازه کافی گرم و مرطوب هستند که توسط یک جریان صعودی به جو فوقانی منتقل شوند. در همان زمان، رطوبت موجود در آنها به حالت جامد تجمع می رسد - یخ. جبهه‌های رعد و برق زمانی تشکیل می‌شوند که ابرهای کومولونیمبوس در ارتفاع بیش از 15 هزار متری قرار دارند و جریان‌هایی که از زمین بالا می‌روند تا 100 کیلومتر در ساعت سرعت دارند. همرفت منجر به تخلیه رعد و برق می شود زیرا تگرگ های بزرگتر از پایین ابر با هم برخورد می کنند و به سطح قطعات سبک تر یخ در بالا ساییده می شوند.

بارهای یک ابر رعد و برق و توزیع آنها

بارهای منفی و مثبت: 1 = تگرگ، 2 = بلورهای یخ.

مطالعات متعدد تأیید می‌کنند که تگرگ‌های سنگین‌تر که در دمای هوای گرم‌تر از -15 درجه سانتی‌گراد در حال سقوط هستند، بار منفی دارند، در حالی که کریستال‌های یخ سبک که در دمای هوای سردتر از -15 درجه سانتی‌گراد تشکیل می‌شوند، معمولاً دارای بار مثبت هستند. جریان‌های هوایی که از زمین بالا می‌روند، یخ‌های نور مثبت را به لایه‌های بالاتر، تگرگ‌های منفی را به بخش مرکزی ابر می‌آورند و ابر را به سه قسمت تقسیم می‌کنند:

  • بالاترین منطقه با بار مثبت؛
  • منطقه میانی یا مرکزی، تا حدی بار منفی؛
  • پایین با بار تا حدی مثبت.

دانشمندان توسعه رعد و برق در ابر را با این واقعیت توضیح می دهند که الکترون ها به گونه ای توزیع می شوند که قسمت بالایی آن دارای بار مثبت و قسمت میانی و تا حدی پایین دارای بار منفی است. گاهی اوقات، این نوع خازن تخلیه می شود. رعد و برقی که از قسمت منفی ابر منشا می گیرد به سمت زمین مثبت می رود. در این حالت، قدرت میدان مورد نیاز برای تخلیه صاعقه باید در محدوده 0.5-10 کیلو ولت بر سانتی متر باشد. این مقدار به خواص عایق هوا بستگی دارد.

توزیع دبی: 1 = تقریباً 6 هزار متر، 2 = میدان الکتریکی.

محاسبه هزینه

انتخاب اندازه... 10x15 15x15 20x15 20x20 20x30 30x30 30x40

انتخاب سایز... 10 12 14 16 18 20 22

اشیاء ما

    JSC "Mosvodokanal"، مجموعه ورزشی و تفریحی خانه استراحت "Pyalovo"

    آدرس شی:منطقه مسکو، منطقه میتیشچی، روستا. پروس ها، 25

    نوع کار:طراحی و نصب سیستم حفاظت از صاعقه خارجی.

    ترکیب حفاظت در برابر صاعقه:یک مش محافظ صاعقه بر روی سقف صاف سازه محافظت شده گذاشته شده است. دودکش با نصب صاعقه گیر به طول 2000 میلی متر و قطر 16 میلی متر محافظت می شود. فولاد گالوانیزه گرم با قطر 8 میلی متر (بخش 50 میلی متر مربع مطابق با RD 34.21.122-87) به عنوان رسانای صاعقه استفاده شد. هادی های پایین در پشت لوله های پایین روی گیره هایی با پایانه های گیره قرار می گیرند. برای هادی های پایین از هادی ساخته شده از فولاد گالوانیزه گرم با قطر 8 میلی متر استفاده شد.

    GTPP ترشکوو

    آدرس شی:شهر مسکو. Borovskoe sh.، منطقه مشترک "Tereshkovo".

    نوع کار:نصب یک سیستم حفاظتی خارجی در برابر صاعقه (قطعات گیرنده صاعقه و هادی های پایین).

    تجهیزات جانبی:

    اجرا:مجموع هادی فولادی گالوانیزه گرم برای 13 تاسیسات در تاسیسات 21.5000 متر بوده است. یک شبکه محافظ رعد و برق در امتداد سقف ها با فاصله سلولی 5x5 متر گذاشته شده است، 2 هادی پایین در گوشه های ساختمان ها نصب شده است. نگهدارنده های دیواری، اتصال دهنده های میانی، نگهدارنده های سقف تخت با بتن، پایانه های اتصال با سرعت بالا به عنوان عناصر چفت و بست استفاده شدند.


    کارخانه Solnechnogorsk "EUROPLAST"

    آدرس شی:منطقه مسکو، منطقه Solnechnogorsk، روستا. رادوملیا.

    نوع کار:طراحی سیستم حفاظت در برابر صاعقه برای ساختمان صنعتی.

    تجهیزات جانبی:تولید شده توسط OBO Bettermann.

    انتخاب سیستم حفاظت در برابر صاعقه:حفاظت در برابر صاعقه کل ساختمان باید طبق رده III به صورت توری محافظ صاعقه ساخته شده از هادی گالوانیزه گرم Rd8 با گام سلولی 12x12 متر انجام شود. هادی حفاظت از صاعقه را روی سقف روی هولدرها قرار دهید تا نرم شود. سقف ساخته شده از پلاستیک با وزن بتن. با نصب یک صاعقه گیر چندگانه متشکل از میله های صاعقه، حفاظت اضافی را برای تجهیزات در سطح پایین سقف ایجاد کنید. به عنوان صاعقه گیر از میله فولادی گالوانیزه گرم Rd16 به طول 2000 میلی متر استفاده کنید.

    ساختمان مک دونالد

    آدرس شی:منطقه مسکو، دوموددوو، بزرگراه M4-Don

    نوع کار:ساخت و نصب سیستم حفاظت از صاعقه خارجی.

    تجهیزات جانبی:تولید شده توسط J. Propster.

    ترکیب کیت:مش محافظ صاعقه ساخته شده از هادی Rd8، 50 میلی متر مربع، SGC; صاعقه گیر آلومینیومی Rd16 L=2000 میلی متر; اتصالات جهانی Rd8-10/Rd8-10، SGC. رابط های میانی Rd8-10/Rd16، Al; نگهدارنده دیوار Rd8-10, SGC; پایانه های انتهایی، SGC؛ نگهدارنده های پلاستیکی روی سقف صاف با پوشش (با بتن) برای هادی گالوانیزه Rd8. میله های ایزوله d=16 L=500mm.


    کلبه خصوصی، بزرگراه Novorizhskoe

    آدرس شی:منطقه مسکو، بزرگراه نووریژسکو، سکونتگاه کلبه

    نوع کار:ساخت و نصب سیستم حفاظت از صاعقه خارجی.

    تجهیزات جانبیتولید شده توسط Dehn.

    مشخصات:هادی های Rd8 ساخته شده از فولاد گالوانیزه، هادی های مسی Rd8، نگهدارنده های مسی Rd8-10 (شامل رج ها)، کانکتورهای جهانی Rd8-10 ساخته شده از فولاد گالوانیزه، پایانه های نگهدارنده Rd8-10 ساخته شده از مس و فولاد ضد زنگ، پایانه های درز Rd8-مس 10 کانکتورهای میانی دو فلزی Rd8-10/Rd8-10، نوار و گیره برای چسباندن نوار به دهانه خروجی مسی.


    خانه شخصی، ایکشا

    آدرس شی:منطقه مسکو، روستای ایکشا

    نوع کار:طراحی و نصب سیستم های حفاظت از صاعقه خارجی، زمین و یکسان سازی پتانسیل.

    تجهیزات جانبی: B-S-Technic، Citel.

    حفاظت خارجی در برابر صاعقه:صاعقه گیر مسی، هادی مسی به طول کل 250 متر، نگهدارنده های سقف و نما، عناصر اتصال.

    حفاظت داخلی در برابر صاعقه:برقگیر DUT250VG-300/G TNC ساخت شرکت CITEL GmbH.

    زمین کردن:میله های زمین ساخته شده از فولاد گالوانیزه Rd20 12 عدد. با فرول، نوار فولادی Fl30 به طول کل 65 متر، کانکتورهای متقاطع.


    خانه خصوصی، یاروسلاوسکوئه شوسه

    آدرس شی:منطقه مسکو، منطقه پوشکینسکی، یاروسلاوسکوه شوسه، روستای کلبه

    نوع کار:طراحی و نصب سیستم حفاظت از صاعقه خارجی و زمین.

    تجهیزات جانبیتولید شده توسط Dehn.

    ترکیب کیت حفاظت در برابر صاعقه سازه:هادی Rd8، 50 میلی متر مربع، مس. گیره لوله Rd8-10; صاعقه گیر Rd16 L=3000 میلی متر، مس; میله های زمین Rd20 L=1500 mm, SGC; نوار Fl30 25x4 (50 متر)، فولاد گالوانیزه؛ برقگیر DUT250VG-300/G TNC، CITEL GmbH.


    قلمرو "Noginsk-Technopark"، ساختمان تولید و انبار با بلوک اداری و رفاهی

    آدرس شی:منطقه مسکو، منطقه نوگینسک.

    نوع کار:تولید و نصب سیستم های حفاظت از صاعقه خارجی و زمین.

    تجهیزات جانبی:جی. پروپستر.

    حفاظت خارجی در برابر صاعقه:بر روی سقف مسطح ساختمان حفاظت شده توری حفاظتی در برابر صاعقه با گام سلولی 10×10 متر گذاشته شده است که لامپ های ضد هوایی با نصب میله های صاعقه گیر به طول 2000 میلی متر و قطر 16 میلی متر به مقدار 9 قطعه بر روی آن محافظت می شوند. آنها

    هادی های پایین:در "پای" از نماهای ساختمان در مقدار 16 قطعه گذاشته شده است. برای هادی های پایین از هادی فولادی گالوانیزه در غلاف PVC به قطر 10 میلی متر استفاده شد.

    زمین کردن:ساخته شده به صورت مدار حلقه ای با الکترود زمین افقی به صورت نوار گالوانیزه 40x4 میلی متر و میله های زمین عمیق Rd20 به طول L 2x1500 میلی متر.

پوسته هوا در سراسر کره زمین از چندین لایه تشکیل شده است: تروپوسفر (مرز بالایی 7 - 18 کیلومتر)، استراتوسفر (ارتفاع از 7 18 کیلومتر بالای زمین - تا 80 کیلومتر)، یونوسفر (از 80 تا 900 کیلومتر). یونوسفر محیطی است که به خوبی رسانا است، که همان طور که گفته شد، پوشش یک خازن کروی عظیم است که لایه دوم آن سطح کروی زمین است. محیط هوای بین آنها را می توان به عنوان دی الکتریک در نظر گرفت. لایه بالایی (یونوسفر) بار مثبت دارد، سطح زمین بار منفی دارد. قدرت میدان الکتریکی چنین خازن طبیعی به دلیل چگالی هوای مختلف ناهموار است، در سطح زمین 120 V/m است. شدت میدان الکتریکی در جو متفاوت است و به وجود ابرهای باردار بستگی دارد.

قدرت میدان الکتریکی کل در سطح زمین می تواند به 5000 V/m یا بیشتر برسد. در اختلاف پتانسیل بحرانی بین ابر و زمین (بیش از 109 ولت)، تخلیه الکتریکی رخ می دهد، به عنوان مثال. رعد و برق.

روی انجیر 1.5، a یک برخورد مستقیم صاعقه به کابل را بدون شکستن عایق هسته نشان می دهد.

خط 1 - غلاف کابل، 2 - دو هسته کابل.

برنج. 1.5. برخورد مستقیم جریان صاعقه به کابل

هنگامی که رعد و برق به غلاف کابل برخورد می کند، جریان به چپ و راست پخش می شود و یک EMF در کابل ایجاد می کند (U ob-zh - بین غلاف و هسته، U well-zh - بین هسته ها) و جریان های i f. این EMF ها می توانند برای عایق بندی هسته های کابل و تجهیزات متصل به آنها خطرناک باشند. اگر در همان زمان عایق بین پوسته و هادی ها شکسته شود، جریان صاعقه نیز وارد هادی ها می شود (شکل 1.5، b)، در حالی که در محل برخورد صاعقه، ولتاژ Uob-zh = 0، U well-zh = 0، در مکان های دور این EMF می تواند به مقادیر خطرناکی برسد.

روی انجیر 1.6 مواردی از عمل غیر مستقیم تخلیه صاعقه را نشان می دهد.

برنج. 1.6. عمل غیر مستقیم تخلیه رعد و برق

هنگامی که رعد و برق به یک درخت برخورد می کند، تخلیه در امتداد ریشه های آن می تواند به کابل منتقل شود (شکل 1.6، a). فاصله آکه توسط قوس الکتریکی صاعقه پوشیده شده است، با افزایش مقاومت زمین افزایش می یابد.

مورد دوم عمل غیر مستقیم در شکل نشان داده شده است. 1.6، b: در هنگام تخلیه رعد و برق بین ابرها، جریان در کابل (و خطوط هوایی) EMF ایجاد می کند که متناسب با مقادیر است.

1.6. کانال های فرکانس بالا سیستم های انتقال در خطوط برق AC و DC ولتاژ بالا

سیم های خطوط برق فشار قوی علاوه بر انتقال انرژی الکتریکی، می توانند برای انتقال سیگنال های ارتباطی، تله کنترل و وسایل حفاظتی خطوط برق در اثر عملیات اضطراری استفاده شوند. این کانال های فرکانس بالا در فرکانس 40-500 کیلوهرتز ایجاد می شوند.

طرح اتصال دستگاه های فرکانس بالا به خطوط برق طبق طرح "فاز به زمین" در شکل نشان داده شده است. 1.7.

هر فرستنده با فرکانس خاص خود کار می کند، قدرت آن 10  100 وات یا بیشتر است. اگر توان پست های فرکانس بالا از 5 وات بیشتر شود، باید تأثیر کانال های فرکانس بالا بر کانال های سیستم های انتقال (هوا، خطوط ارتباطی کابلی و غیره) در نظر گرفته شود.

ایستگاه های رادیویی قدرتمند فرستنده نیز متعلق به منابع نفوذ هستند.

برنج. 1.7. طرح اتصال دستگاه های فرکانس بالا به خطوط برق: I، II - پست های فرکانس بالا (ارتباطات، کنترل از راه دور، دستگاه های حفاظتی). P 1، P 2 - فرستنده گیرنده؛ Ф 1، Ф 2 - فیلترها. C1، C2 - خازن؛ L 1 , L 2 - چوک های مسدود کننده که سیگنال های فرکانس بالا را به تجهیزات برق منتقل نمی کنند. f 1 , f 2 - فرکانس های حامل

تخلیه صاعقه (رعد و برق) رایج ترین منبع تداخل الکترومغناطیسی قدرتمند با منشاء طبیعی است. بر اساس برآوردهای تقریبی، در هر ثانیه حدود صد رعد و برق به سطح زمین برخورد می کند. اجسام اطراف، سازه های الکتریکی، وسایل ارتباطی، RES، حیات وحش تحت تأثیر رعد و برق قرار می گیرند:

- الکترواستاتیک؛

- الکترومغناطیسی؛

- پویا؛

- حرارتی؛

- بیولوژیکی

صاعقه اغلب منجر به مرگ افراد می شود و خسارات مادی زیادی ایجاد می کند.

رعد و برقنوعی تخلیه گاز با جرقه بسیار طولانی است. طول مجموع کانال رعد و برق به چندین کیلومتر می رسد. منبع رعد و برق یک ابر رعد و برق است که حامل بارهای مثبت و منفی حجمی است. تشکیل چنین بارهای فضایی با قطبیت های مختلف در ابر (قطبی شدن ابر) با تراکم ناشی از خنک شدن بخار آب جریان های هوای گرم صعودی بر روی قطرات رطوبت مثبت و منفی در ابر تحت تأثیر جریان های هوای صعودی شدید همراه است.

در طبیعت، سه نوع اصلی تخلیه صاعقه وجود دارد:

1. صاعقه خطی - به شکل نوار باریکی بین ابر و زمین، بین ابرها یا بین انباشتگی مجزای بارهای فضایی درون ابر است.

2. رعد و برق توپ یک لخته پلاسمایی بسیار درخشان، متحرک، محدب و نسبتاً پایدار است که به دلایلی که در حال حاضر کمی شناخته شده است ظاهر می شود و ناپدید می شود.

3. تخلیه های آرام - یک تاج که در مکان های ناهمگونی شدید قدرت میدان الکتریکی روی اجسام زمین بیرون زده در دوره قبل از رعد و برق و در هنگام رعد و برق رخ می دهد.

رعد و برق خطی (که از این پس رعد و برق نامیده می شود) رایج ترین در طبیعت است و در مقایسه با سایر انواع تخلیه صاعقه، رایج ترین منبع تداخل الکترومغناطیسی قدرتمند است.

تخلیه رعد و برق به روش های مختلفی ایجاد می شود. تخلیه های درون ابر اغلب در طوفان های رعد و برق که در ارتفاعات بالای زمین رخ می دهد، رخ می دهد. در چنین شرایطی، رشد رعد و برق از پایین یک ابر باردار به سمت بالا یا بالعکس آسان‌تر از پیمودن مسیر طولانی از پایه ابر است. لبه نزدیک به زمین، به زمین. تخلیه های درون ابری اغلب در مناطق خشک مشاهده می شود، جایی که ابرها بالاتر از سطح زمین نسبت به مناطق با آب و هوای مرطوب قرار دارند.

برای عرض های جغرافیایی میانی، جایی که ابرها در ارتفاع حدود 1-3 کیلومتری قرار دارند، تعداد تخلیه ها و تخلیه های درون ابری بین ابرها و زمین تقریباً یکسان است.

قطبی شدن ابر در فرآیند جداسازی بار به یک شکل اتفاق نمی افتد. در 75 ÷ 85 درصد از کل موارد، پایه ابر حامل بار منفی است و در طی فرآیند تخلیه، بار این قطبیت است که به زمین منتقل می شود. در عین حال، مقدار دامنه جریان صاعقه با قطب منفی آن به طور متوسط ​​1.5 ÷ 2 برابر کمتر از قطب مثبت است.

مکانیسم تشکیل رعد و برق خطی با تجمع تدریجی بارهای الکتریکی با قطبیت های مختلف در قسمت های بالایی و پایینی ابر و تشکیل یک میدان الکتریکی با شدت فزاینده در اطراف آن همراه است. هنگامی که گرادیان پتانسیل در هر نقطه از ابر به یک مقدار بحرانی برای هوا می رسد (در فشار اتمسفر معمولی حدود 3 10 6 V/m)، رعد و برق در آن نقطه رخ می دهد، که با یک مرحله رهبری شروع می شود و با یک معکوس (اصلی) پایان می یابد. ) ترشح مرحله اصلی تخلیه صاعقه منبع PEMF است. با توجه به اینکه چندین دسته از بارهای جدا شده از یکدیگر در ابر تشکیل می شوند، رعد و برق معمولاً چندتایی است، یعنی. شامل چندین تخلیه منفرد است که در طول یک مسیر توسعه می یابند. میانگین مدت زمان تخلیه اصلی 20 ÷ 50 میکرو ثانیه است. تعداد دفعات مکرر می تواند از 2 تا 10 یا بیشتر متفاوت باشد. فاصله زمانی بین تخلیه های مکرر 0.001 ÷ 0.5 ثانیه. همانطور که اندازه گیری ها نشان می دهد، جریان تخلیه صاعقه یک پالس با افزایش سریع جریان از صفر به حداکثر (جلو موج) و کاهش نسبتاً آهسته (دم موج) است.

هنگام اجرای اقدامات حفاظتی و تعیین محیط الکترومغناطیسی (EMS) در یک منطقه خاص، مقادیر زیر از مقادیر اصلی مشخصه صاعقه را می توان به عنوان مقادیر محاسبه شده در نظر گرفت.