Bleskové výboje - blesky - sa považujú za elektrické výboje obrovského kondenzátora, ktorého jednou doskou je zo spodnej strany nabitý búrkový mrak (najčastejšie zápornými nábojmi) a druhou zemou, na povrchu ktorej sú kladné náboje. indukované (výboje bleskov prechádzajú aj medzi opačne nabitými časťami oblakov). Tieto kategórie pozostávajú z dvoch etáp: počiatočnej (vodca) a hlavnej. V počiatočnom štádiu sa blesky pomaly vyvíjajú z mraku na zemský povrch vo forme slabo svietiaceho ionizovaného kanála, ktorý je naplnený negatívnymi nábojmi prúdiacimi z oblaku (obr. 4.9).

Ryža. 4.9 Thundercloud

Typický oscilogram vlny bleskového prúdu prechádzajúcej cez zasiahnutý objekt (obr. 4.10) ukazuje, že v priebehu niekoľkých mikrosekúnd sa bleskový prúd zvýši na maximálnu (amplitúdovú) hodnotu i. Tento úsek vlny (pozri obr. 4.10, body 1-2) sa nazýva čas čela vlny t. Potom nasleduje pokles prúdu. Čas od začiatku (bod 1) do okamihu, keď bleskový prúd, klesajúci, dosiahne hodnotu rovnajúcu sa polovici jeho amplitúdy (body 1-4), sa nazýva perióda polovičného rozpadu T1.

Dôležitými charakteristikami bleskového prúdu sú aj amplitúda a rýchlosť nárastu bleskového prúdu (strmosť vlny).

Amplitúda a sklon bleskového prúdu závisia od mnohých faktorov (náboj oblaku, vodivosť zeme, výška zasiahnutého objektu atď.) a značne sa líšia. V praxi sa amplitúda vlny určuje z pravdepodobnostných kriviek bleskových prúdov (obr. 4.11).

Na týchto krivkách súradnicová os ukazuje hodnoty amplitúdy bleskových prúdov I m a súradnicová os ukazuje hodnoty pravdepodobnosti výskytu týchto prúdov.

Pravdepodobnosť je vyjadrená v percentách. Horná krivka charakterizuje bleskové prúdy s pravdepodobnosťou do 2% a dolné krivky - do 80%. Z kriviek na obr. Obrázok 4.11 ukazuje, že bleskové prúdy v rovinatých oblastiach (krivka 1) sú približne dvakrát vyššie ako bleskové prúdy v horských oblastiach (krivka 2), kde je odpor pôdy pomerne vysoký. Krivka 2 sa vzťahuje aj na bleskové prúdy vstupujúce do vedenia a do vysokých objektov s prechodovým odporom objektu-zem rádovo stovky ohmov.

Najčastejšie sú pozorované bleskové prúdy do 50 kA. Bleskové prúdy nad 50 kA nepresahujú 15 % v nížinných oblastiach a 2,5 % v oblastiach hazardu. Priemerný sklon bleskového prúdu je 5 kA/µs.

Bez ohľadu na to zemepisnej šírky Polarita bleskového výboja môže byť pozitívna alebo negatívna, čo súvisí s podmienkami tvorby a separácie nábojov v búrkových oblakoch. Vo väčšine prípadov však bleskové prúdy majú zápornú polaritu, t. j. záporný náboj sa prenáša z oblaku na zem a iba v ojedinelých prípadoch sú zaznamenané prúdy s kladnou polaritou.

Práve pri bleskových prúdoch (záporná a kladná polarita) dochádza k výskytu prepätí elektroinštalácie vrátane káblových komunikačných zariadení. Existujú dva typy účinkov bleskových prúdov: priamy úder blesku (L.L.) do komunikačného vedenia a nepriame účinky bleskových prúdov pri výboji blesku v blízkosti vedenia. V dôsledku oboch vplyvov vznikajú vo vodičoch komunikačného vedenia prepätia z p.c. m a indukované prepätia, zjednotené pod všeobecným názvom atmosférické prepätia.

Pri priamom údere blesku dochádza k prepätiu až niekoľko miliónov voltov, ktoré môže spôsobiť zničenie alebo poškodenie zariadení komunikačného vedenia (podpery, traverzy, izolátory, káblové vložky), ako aj káblových komunikačných zariadení, ktoré sú súčasťou vodičov vedenia. Frekvencia p.u. m je priamo závislá od intenzity búrkovej aktivity v danej oblasti, ktorá je charakterizovaná celkovým ročným trvaním búrok vyjadreným v hodinách alebo búrkových dňoch.

Intenzitu bleskových výbojov charakterizuje veľkosť bleskového prúdu. Pozorovania uskutočnené v mnohých krajinách preukázali, že veľkosť prúdu v kanáloch bleskových výbojov sa pohybuje od niekoľkých stoviek ampérov do niekoľkých stoviek tisíc ampérov. Trvanie blesku sa pohybuje od niekoľkých mikrosekúnd až po niekoľko milisekúnd.

Výbojový prúd je v prírode pulzný s prednou časťou nazývanou predná vlna a zadnou časťou nazývanou pád vlny. Čas čela vlny bleskového prúdu sa označí x µs, čas doznievania vlny na 1/2 amplitúdy prúdu sa označí t.

Ekvivalentná frekvencia blesku je frekvencia sínusového prúdu, ktorý pôsobí v plášti kábla namiesto pulznej vlny a spôsobuje vznik napätia medzi jadrom a plášťom s amplitúdou rovnajúcou sa amplitúde prirodzeného bleskového prúdu. . V priemere m = 5 kHz.

Ekvivalentný bleskový prúd je efektívna hodnota sínusového prúdu s ekvivalentnou frekvenciou bleskov. Priemerný prúd pri dopadoch na zem je 30 kA.

Počet a rozsah škôd, ku ktorým dôjde počas roka na podzemnom komunikačnom kábli, závisí od niekoľkých dôvodov:

Intenzita bleskovej aktivity v oblasti, kde je kábel položený;

Dizajn, rozmery a materiál vonkajších ochranných krytov, elektrická vodivosť, mechanická pevnosť izolačných povlakov a izolácie pásov, ako aj elektrická pevnosť izolácie medzi žilami;

Špecifický odpor, chemické zloženie a fyzikálna štruktúra pôdy, jej vlhkosť a teplota;

Geologická štruktúra terénu a oblasť káblovej trasy;

Prítomnosť vysokých predmetov v blízkosti kábla, ako sú stožiare, podpery elektrického a komunikačného vedenia, vysoké stromy, les atď.

Stupeň odolnosti kábla proti búrke proti úderu blesku je charakterizovaný faktorom kvality kábla q a je určený pomerom maximálneho prípustného nárazového napätia k ohmickému odporu kovového krytu kábla v dĺžke 1 km:

K poškodeniu kábla nedochádza pri každom údere blesku. Nebezpečný úder blesku je úder, pri ktorom výsledné napätie prekročí v jednom alebo viacerých bodoch amplitúdu prierazného napätia kábla. Rovnaký nebezpečný náraz môže spôsobiť viacero poškodení káblov.

Keď blesk udrie v určitej vzdialenosti od kábla, objaví sa elektrický oblúk smerom ku káblu. Čím väčšia je amplitúda prúdu, tým väčšia je vzdialenosť oblúka. Šírka ekvivalentného pásu priliehajúceho ku káblu, do ktorého nárazy spôsobujú poškodenie kábla, sa predpokladá v priemere 30 m (s káblom v strede). Plocha, ktorú zaberá tento pásik, tvorí ekvivalentnú ovplyvnenú plochu, získa sa vynásobením šírky ekvivalentného pásu dĺžkou kábla.

Kvôli svojej úplnej nepredvídateľnosti a obrovskej sile blesk(výboje blesku), predstavujú potenciálne nebezpečenstvo pre početné energetické zariadenia. Moderná veda nazhromaždila veľké množstvo teoretických informácií a praktických údajov o Ochrana pred bleskom a búrkovej činnosti, a to umožňuje riešiť vážne problémy spojené s bleskovou ochranou priemyselnej a občianskej energetickej infraštruktúry. Tento článok pojednáva o fyzickom charakter búrkových javov a správanie blesku, ktorého znalosť bude užitočná na zabezpečenie účinnej ochrany pred bleskom a vytvorenie integrovaného uzemňovacieho systému pre elektrické rozvodne.

Povaha bleskov a búrkových oblakov

V teplom období v stredných zemepisných šírkach, počas pohybu cyklónu, s dostatočnou vlhkosťou a silnými vzostupnými prúdmi vzduchu, sa často vyskytujú búrkové výboje (blesky). Príčinou tohto prirodzeného javu je obrovská koncentrácia atmosférickej elektriny (nabitých častíc) v búrkových oblakoch, v ktorých za prítomnosti vzostupných prúdov dochádza k oddeleniu záporných a kladných nábojov s akumuláciou nabitých častíc v rôzne časti mraky. V súčasnosti existuje niekoľko teórií týkajúcich sa atmosférickej elektriny a elektrifikácie búrkových mrakov, ako najdôležitejších faktorov, ktoré majú priamy vplyv na návrh a vytvorenie komplexnej ochrany pred bleskom a uzemnenia energetických zariadení.

Autor: moderné nápady vznik nabitých častíc v oblakoch je spojený s prítomnosťou elektrického poľa v blízkosti Zeme, ktoré má záporný náboj. V blízkosti povrchu planéty je intenzita elektrického poľa 100 V/m. Táto hodnota je takmer všade rovnaká a nezávisí od času a miesta merania. Elektrické pole Zeme je spôsobené prítomnosťou v atmosférický vzduch voľné nabité častice, ktoré sú v neustálom pohybe.

Napríklad v 1 cm3 vzduchu je viac ako 600 kladne nabitých častíc a rovnaký počet záporne nabitých častíc. Keď sa vzďaľujete od zemského povrchu, hustota nabitých častíc vo vzduchu sa prudko zvyšuje. V blízkosti zeme je elektrická vodivosť vzduchu zanedbateľná, ale už vo výškach nad 80 km sa elektrická vodivosť zvyšuje 3 000 000 000 (!) krát a rovná sa vodivosti sladkej vody. Ak nakreslíme analógie, tak k prvému priblíženiu možno našu planétu prirovnať k obrovskému kondenzátoru v tvare gule.

V tomto prípade sa za obaly považuje povrch Zeme a vzduchová vrstva sústredená vo výške osemdesiat kilometrov nad zemským povrchom. Ako izolant pôsobí časť atmosféry hrubá 80 km, ktorá má nízku elektrickú vodivosť. Medzi doskami virtuálneho kondenzátora vzniká napätie až 200 kV a prúd môže byť až 1 400 A. Takýto kondenzátor má neskutočný výkon - asi 300 000 kW (!). V elektrickom poli planéty vo výške 1 až 8 kilometrov od zemského povrchu kondenzujú nabité častice a vznikajú búrkové javy, ktoré zhoršujú elektromagnetické prostredie a sú zdrojom impulzného šumu v energetických systémoch.

Búrkové javy sa delia na frontálne a termické búrky. Na obr. Obrázok 1 znázorňuje schému výskytu termálnej búrky. V dôsledku intenzívneho ožiarenia slnečnými lúčmi sa zemský povrch zahrieva. Časť tepelnej energie prechádza do atmosféry a ohrieva jej spodné vrstvy. Masy teplého vzduchu sa rozširujú a stúpajú vyššie. Už v nadmorskej výške dva kilometre sa dostanú do oblasti s nízkymi teplotami, kde sa zráža vlhkosť a objavujú sa búrky. Tieto oblaky sú tvorené mikroskopickými kvapkami vody, ktoré nesú náboj. Spravidla sa búrkové mraky tvoria v horúcich letných dňoch popoludní a sú relatívne malé.

Frontálne búrky vznikajú pri zrážke dvoch prúdov vzduchu s ich čelnými časťami. rozdielne teploty. Prúdenie vzduchu s nízkou teplotou klesá dole, bližšie k zemi a teplé vzduchové masy sa rútia nahor (obr. 2). Vo výškach s nízkymi teplotami sa tvoria búrkové mraky, kde kondenzuje vlhký vzduch. Čelné búrky môžu byť dosť dlhé a pokrývajú značnú oblasť.

Súčasne je elektromagnetické prostredie pozadia výrazne skreslené, čo spôsobuje impulzný šum v elektrických sieťach. Takéto fronty sa pohybujú rýchlosťou od 5 do 150 km/h a vyššie. Na rozdiel od termálnych búrok sú čelné búrky aktívne takmer 24 hodín denne a predstavujú vážne nebezpečenstvo pre priemyselné zariadenia, ktoré nie sú vybavené systémom ochrany pred bleskom a účinným uzemnením. Pri kondenzácii studeného vzduchu v elektrickom poli vznikajú polarizované kvapky vody (obr. 3): v spodnej časti kvapiek je kladný náboj, v hornej časti záporný.

V dôsledku stúpajúcich prúdov vzduchu sa kvapky vody oddeľujú: menšie stúpajú nahor a väčšie klesajú nižšie. Keď sa kvapka pohybuje nahor, záporne nabitá časť kvapky priťahuje kladné náboje a odpudzuje záporné. V dôsledku toho sa kvapka stáva kladne nabitá, pretože postupne zbiera kladný náboj. Kvapky, ktoré padajú dole, priťahujú záporný náboj a pri páde sa nabijú záporne.

K štiepeniu nabitých častíc v búrkovom oblaku dochádza podobne: v Horná vrstva Kladne nabité častice sa hromadia a záporne nabité častice sa hromadia v spodnej časti. Hromový mrak prakticky nie je vodič, a preto sú náboje nejaký čas zadržané. Ak silnejší elektrické pole oblak bude mať vplyv na elektrické pole „jasného počasia“, potom zmení svoj smer na svojom mieste (obr. 4).

Rozloženie nabitých častíc v hmote oblaku je extrémne nerovnomerné:
v niektorých bodoch má hustota maximálnu hodnotu a v iných má malú hodnotu. V mieste, kde sa hromadí veľké množstvo nábojov a vytvára sa silné elektrické pole s kritickou intenzitou rádovo 25-30 kV/cm, vhodné podmienky pre tvorbu bleskov. Výboj blesku je podobný iskre pozorovanej v medzere medzi elektródami, ktoré sú dobrými vodičmi elektriny.

Ionizácia atmosférického vzduchu

Atmosférický vzduch pozostáva zo zmesi plynov: dusíka, kyslíka, inertných plynov a vodnej pary. Atómy týchto plynov sa spájajú do pevných a stabilných väzieb a vytvárajú molekuly. Každý atóm je jadrom protónov, ktoré má kladný náboj. Elektróny so záporným nábojom („elektrónový oblak“) rotujú okolo jadra.

Z kvantitatívneho hľadiska sa náboj jadra a celkový náboj elektrónov navzájom rovnajú. Počas ionizácie elektróny opúšťajú atóm (molekulu). Počas procesu ionizácie atmosféry vznikajú 2 nabité častice: kladný ión (jadro s elektrónmi) a záporný ión (voľný elektrón). Ako mnohí fyzikálnych javov ionizácia vyžaduje určité množstvo energie nazývanej energia ionizácie vzduchu.

Keď vo vzduchovej vrstve tvorenej 2 vodivými elektródami vznikne dostatočné napätie, všetky voľné nabité častice sa pod vplyvom intenzity elektrického poľa začnú pohybovať usporiadaným spôsobom. Hmotnosť elektrónu je mnohonásobne (10 000 ... 100 000 krát) menšia ako hmotnosť jadra. Výsledkom je, že keď sa voľný elektrón pohybuje v elektrickom poli vzduchovej vrstvy, rýchlosť tejto nabitej častice je oveľa väčšia ako rýchlosť jadra. Elektrón, ktorý má značnú hybnosť, ľahko odstraňuje nové elektróny z molekúl, čím sa ionizácia stáva intenzívnejšou. Tento jav sa nazýva nárazová ionizácia (obr. 5).

Nie každá zrážka však vedie k odstráneniu elektrónu z molekuly. V niektorých prípadoch sa elektróny pohybujú na nestabilné dráhy ďaleko od jadra. Takéto elektróny prijmú časť energie zo zrážajúceho sa elektrónu, čo vedie k excitácii molekuly (obr. 6).

Doba „života“ excitovanej molekuly je iba 10-10 sekúnd, po ktorých sa elektrón vráti na svoju predchádzajúcu, energeticky stabilnejšiu obežnú dráhu.

Keď sa elektrón vráti na stabilnú dráhu, excitovaná molekula vyžaruje fotón. Fotón zase za určitých podmienok môže ionizovať iné molekuly. Tento proces sa nazýval fotoionizácia (obr. 7). Existujú aj iné zdroje fotoionizácie: vysokoenergetické kozmické žiarenie, vlny ultrafialového svetla, rádioaktívne žiarenie atď. (obr. 8).

Ionizácia molekúl vzduchu sa spravidla vyskytuje pri vysokých teplotách. So zvyšujúcou sa teplotou molekuly vzduchu a voľné elektróny zúčastňujúce sa tepelného (chaotického) pohybu získavajú vyššiu energiu a častejšie sa navzájom zrážajú. Výsledkom takýchto zrážok je ionizácia vzduchu, nazývaná tepelná ionizácia. Reverzné procesy však môžu nastať aj vtedy, keď nabité častice neutralizujú svoje vlastné náboje (rekombinácia). Počas procesu rekombinácie sa pozoruje intenzívna emisia fotónov.

Tvorba streamerov a korónový výboj

Keď sa intenzita elektrického poľa vo vzduchovej medzere medzi nabitými doskami zvýši na kritické hodnoty, môže sa vyvinúť nárazová ionizácia, čo je spoločná príčina pulzné vysokofrekvenčné rušenie. Jeho podstata je nasledovná: po ionizácii jednej molekuly elektrónom sa objavia dva voľné elektróny a jeden kladný ión. Následné zrážky vedú k objaveniu sa 4 voľných elektrónov a 3 iónov s kladným nábojom.

Ionizácia tak nadobúda lavínovitý charakter, ktorý je sprevádzaný tvorbou obrovského množstva voľných elektrónov a kladných iónov (obr. 9 a 10). Kladné ióny sa hromadia v blízkosti zápornej elektródy a záporne nabité elektróny sa pohybujú smerom ku kladnej elektróde.

Počas procesu ionizácie získavajú voľné elektróny väčšiu mobilitu v porovnaní s iónmi, takže tieto môžu byť podmienene považované za nehybné častice. Keď sa elektróny presunú na kladnú elektródu, zostávajúce kladné náboje majú silný vplyv na stav elektrického poľa, čo vedie k zvýšeniu jeho sily. Veľké množstvo fotóny urýchľujú ionizáciu vzduchu v blízkosti anódy a prispievajú k vzniku sekundárnych elektrónov (obr. 11), ktoré sú zdrojmi opakovaných lavín (obr. 12).

Výsledné sekundárne lavíny sa pohybujú smerom k anóde, kde sa koncentruje kladný náboj. Voľné elektróny prenikajú cez kladný priestorový náboj, čo vedie k vytvoreniu pomerne úzkeho kanála (streamera), v ktorom sa nachádza plazma. Streamer vďaka svojej výbornej vodivosti „predĺži“ anódu, pričom sa zrýchli proces tvorby lavín voľných elektrónov a dôjde k ďalšiemu zvýšeniu intenzity elektrického poľa (obr. 13 a 14), ktoré sa posúva smerom k hlave streamera. . Ďalšie elektróny sa zmiešajú s kladnými iónmi, čo opäť vedie k vytvoreniu plazmy, ktorá predlžuje streamerový kanál.

Ryža. 13. Zvýšenie intenzity elektrického poľa je sprevádzané zvýšenou fotoionizáciou a vytvára nové lavíny nabitých častíc

Po vyplnení voľnej medzery streamerom nastáva iskrové štádium výboja (obr. 15), charakterizované supervýkonnou tepelnou ionizáciou priestoru a ultravodivosťou plazmového kanála.

Opísaný proces tvorby streamerov platí pre malé medzery charakterizované rovnomerným elektrickým poľom. Podľa ich tvaru sú však všetky elektrické polia rozdelené na homogénne, mierne nehomogénne a silne nehomogénne:

• V rámci rovnomerného elektrického poľa je intenzita pozdĺž siločiar charakterizovaná konštantnou hodnotou. Ako napríklad elektrické pole v strednej časti typu paralelného doskového kondenzátora.
• V slabo nehomogénnom poli sa hodnoty sily merané pozdĺž siločiar líšia nie viac ako 2 ... 3 krát, takéto pole sa považuje za slabo nehomogénne. Napríklad elektrické pole medzi 2 guľovými iskrami alebo elektrické pole, ktoré vzniká medzi plášťom tieneného kábla a jeho jadrom.
• Elektrické pole sa nazýva vysoko nehomogénne, ak sa vyznačuje výraznými skokmi v intenzite, čo vedie k vážnemu zhoršeniu elektromagnetického prostredia. V priemyselných elektrických inštaláciách majú elektrické polia spravidla veľmi nerovnomerný tvar, čo si vyžaduje kontrolné zariadenia na elektromagnetickú kompatibilitu.

Vo vysoko nehomogénnom poli sa ionizačné procesy zhromažďujú v blízkosti kladnej alebo zápornej elektródy. Preto výboj nemôže dosiahnuť stupeň iskry a v tomto prípade je náboj vytvorený vo forme koróny („korónový výboj“). Pri ďalšom zvyšovaní intenzity elektrického poľa sa vo vzduchovej medzere vytvárajú prúdnice a dochádza k iskrovému výboju. Takže ak je dĺžka medzery jeden meter, potom k iskrovému výboju dôjde pri intenzite poľa asi 10 kV/cm.

Vedúca forma výboja blesku

Pri niekoľkometrovej vzduchovej medzere nemajú vznikajúce strímre dostatočnú vodivosť na vyvinutie plnohodnotného výboja. Pri pohybe streamera sa vytvorí výboj blesku, ktorý nadobudne vodcovú formu. Časť kanála, nazývaná vedúci, je vyplnená tepelne ionizovanými časticami. Značné množstvo nabitých častíc je sústredených vo vodiacom kanáli, ktorého hustota je oveľa vyššia ako priemer pre streamer. Táto vlastnosť poskytuje dobré podmienky pre formovanie streamera a jeho premenu na vodcu.

Ryža. 16. Proces pohybu streamera a vznik negatívneho vodcu (AB – počiatočná lavína; CD – formovaný streamer).

Na obr. Obrázok 16 ukazuje klasickú schému pre vznik negatívneho vodcu. Prúd voľných elektrónov sa pohybuje od katódy k anóde. Tieňované kužele zobrazujú výsledné lavíny elektrónov a trajektórie emitovaných fotónov sú znázornené vo forme vlnoviek. V každej lavíne sa pri zrážke elektrónov vzduch ionizuje a vzniknuté fotóny následne ionizujú ďalšie molekuly vzduchu. Ionizácia nadobúda masový charakter a početné lavíny sa spájajú do jedného kanála. Rýchlosť fotónov je 3*108 m/s a rýchlosť voľne sa pohybujúcich elektrónov v prednej časti lavíny je 1,5*105 m/s.

Vývoj streamera prebieha rýchlejšie ako postup lavíny elektrónov. Na obr. Obrázok 16 ukazuje, že počas doby, kedy prvá lavína prejde vzdialenosť AB, sa na segmente CD vytvorí streamerový kanál s ultravodivosťou po celej svojej dĺžke. Štandardný streamer sa pohybuje priemernou rýchlosťou 106-107 m/s. Ak majú voľné elektróny dostatočne vysokú koncentráciu, dochádza v streamerovom kanáli k intenzívnej tepelnej ionizácii, čo vedie k vzniku vedúcej časti - lineárnej štruktúry s plazmovou zložkou.

Pri pohybe vodcu sa na jeho koncovej časti tvoria nové streamery, ktoré sa neskôr stávajú aj vodcom. Na obr. Obrázok 17 znázorňuje vývoj negatívneho vodiča vo vzduchovej medzere s nerovnomerným elektrickým poľom: vodič sa pohybuje pozdĺž kanála streamera (obr. 17a); po dokončení premeny streamerovho kanála na vodca vznikajú nové lavíny.

Ryža. 17. Schéma formovania a rozvoja negatívneho vodcu počas dlhšieho obdobia.

Vo vzduchovej medzere sa pohybujú elektrónové lavíny (obr. 17b) a vzniká nový streamer (obr. 17c). Streamery sa spravidla pohybujú po náhodných trajektóriách. S touto tvorbou výboja blesku v dlhých vzduchových medzerách, dokonca aj pri nízkej intenzite elektrického poľa (od 1 000 do 2 000 V/cm), líder rýchlo prekonáva značné vzdialenosti.

Keď zvodca dosiahne opačnú elektródu, končí sa zvodná fáza výboja blesku a začína sa fáza spätného (hlavného) výboja. V tomto prípade sa elektromagnetická vlna šíri zo zemského povrchu pozdĺž vodcovho kanála, vďaka čomu sa potenciál vodcu zníži na nulu. Medzi elektródami sa tak vytvorí supravodivý kanál, cez ktorý prechádza výboj blesku.

Etapy vývoja výboja blesku

Podmienky pre výskyt bleskov sa vytvárajú v tej časti búrkového oblaku, kde akumulácia nabitých častíc a intenzita elektrického poľa dosiahli prahové hodnoty. V tomto bode sa vyvíja nárazová ionizácia a vytvárajú sa lavíny elektrónov, potom sa pod vplyvom foto- a tepelnej ionizácie objavujú streamery, ktoré sa menia na vodcov.

a – vizuálne zobrazenie; b – charakteristika prúdu.

Dĺžka blesku sa pohybuje od stoviek metrov a môže dosiahnuť niekoľko kilometrov ( priemerná dĺžka výboj blesku – 5 km). Vďaka vedúcemu typu vývoja je blesk schopný prekonať značné vzdialenosti za zlomok sekundy. Ľudské oko vidí blesk ako súvislú čiaru pozostávajúcu z jedného alebo viacerých jasných pruhov bielej, svetloružovej alebo jasne modrej. V skutočnosti je výboj blesku niekoľko impulzov, vrátane dvoch stupňov: vedúci a stupeň spätného výboja.

Na obr. Obrázok 18 zobrazuje časový priebeh bleskových impulzov, ktorý zobrazuje výboj vedúceho stupňa prvého impulzu vyvíjajúceho sa vo forme krokov. Pódiová čiara je v priemere päťdesiat metrov a oneskorenie medzi susednými etapami dosahuje 30-90 μs. Priemerná rýchlosť šírenia vodcu je 105...106 m/s.

Postupná forma vývoja vodcu sa vysvetľuje tým, že vytvorenie vedúceho streamera trvá nejaký čas (pauza medzi krokmi). Nasledujúce impulzy sa pohybujú pozdĺž ionizovaného kanála a majú jasne šípovitý vodiaci stupeň. Po dosiahnutí 1. pulzu zemského povrchu sa objaví ionizovaný kanál, ktorým sa náboj pohybuje. V tomto momente začína 2. fáza výboja blesku (spätný výboj).

Hlavný výboj je viditeľný vo forme súvislej jasne svietiacej čiary prerážajúcej priestor medzi mrakmi a zemou (lineárne blesky). Keď hlavný výboj dosiahne oblak, žiara plazmového kanála sa zníži. Táto fáza sa nazýva dosvit. Pri jednom výboji blesku sa pozoruje až dvadsať opakovaných impulzov a trvanie samotného výboja dosahuje 1 sekundu alebo viac.

V štyroch z desiatich prípadov sú pozorované viacnásobné výboje blesku, ktoré spôsobujú impulzný šum v energetických sieťach. V priemere sa pozorujú 3...4 impulzy. Povaha opakovaných impulzov je spojená s postupným prílevom zostávajúcich nábojov v búrkovom oblaku do plazmového kanála.

Selektívne pôsobenie výboja blesku

Keď sa vedúci kanál práve začína rozvíjať, sila elektrického poľa v jeho hlavovej časti je určená objemom náboja vedúceho kanála a nahromadením objemových nabitých častíc umiestnených pod búrkovým mrakom. Prioritný smer výboja závisí od maximálnej intenzity elektrického poľa. Vo významnej nadmorskej výške je tento smer určený iba vedúcim kanálom (obr. 19).

Keď sa vedúci kanál výboja blesku pohybuje smerom k zemskému povrchu, jeho elektrické pole je skreslené poľom zeme a masívnymi pozemnými energetickými zariadeniami. Maximálne hodnoty intenzity a smeru šírenia zvodcu blesku sú určené tak jeho vlastnými nábojmi, ako aj nábojmi sústredenými na zemi, ako aj na umelých konštrukciách (obr. 20).

Výška H hlavy vodcu nad zemským povrchom, pri ktorej sa výrazný vplyv na elektrické pole vodcu prejavuje poľami nábojov nahromadených vo významných množstvách na zemi a v energetických zariadeniach, ktoré sú schopné meniť smer pohybu vodcu. vodca, sa nazýva výška orientácie výboja blesku.
Čím viac elektrických nábojov je vo vodiacom kanáli, tým vyššia je výška, v ktorej sa môže objaviť zmena trajektórie blesku.

Obrázok 21 ukazuje pohyb hlavného výboja zo zemského povrchu do búrkového mraku a šírenie vedúceho smerom k zemi (rovný povrch).

Keď sa výboj blesku pohybuje smerom k výškovej pozemnej konštrukcii (podpora elektrického vedenia alebo veže) smerom k vedúcemu výboju šíriacemu sa z búrkového mraku na povrch zeme, z pozemnej podpory sa vyvinie zvodič (obr. 22). V tomto prípade vzniká hlavný výboj v mieste spojenia medzi vodcami a pohybuje sa v oboch smeroch.

Ryža. 22. Vývoj vedúceho stupňa (hore) a hlavného výbojového stupňa (dole), keď výboj blesku zasiahne kovovú podperu

Proces tvorby blesku ukazuje, že konkrétne miesto výboja blesku je určené v štádiu vedúceho. Ak sa priamo pod búrkovým mrakom nachádza výšková pozemná konštrukcia (napríklad televízna veža alebo podpera elektrického vedenia), potom sa vznikajúci vodca bude pohybovať smerom k zemi po najkratšej ceste, to znamená smerom k vodcovi, ktorý sa rozprestiera nahor. zo zemnej konštrukcie.

Na základe praktických skúseností môžeme konštatovať, že blesk najčastejšie udrie do tých energetických zariadení, ktoré majú účinné uzemnenie a dobre vedú elektrinu. V rovnakej výške zasiahne výboj blesku objekt, ktorý má lepšie uzemnenie a vysokú elektrickú vodivosť. Pri rôznych výškach energetických zariadení a ak má pôda vedľa nich aj rôzny odpor, môže blesk zasiahnuť nižší objekt nachádzajúci sa na pôde s lepšou vodivosťou (obr. 23).

Ryža. 23. Selektívna citlivosť na výboje blesku: pôda s vysokou elektrickou vodivosťou (a); pôda so zníženou vodivosťou (b).

Túto skutočnosť možno vysvetliť skutočnosťou, že počas vývoja vedúceho stupňa prúdia vodivé prúdy pozdĺž cesty so zvýšenou vodivosťou, preto v určitých oblastiach dochádza ku koncentrácii nábojov súvisiacich s vodcom. V dôsledku toho sa zvyšuje vplyv elektrického poľa nábojov na zemskom povrchu na elektrické pole vznikajúceho lídra. To vysvetľuje selektivitu blesku. Spravidla sú najčastejšie postihnuté pôdne oblasti a nadzemné umelé štruktúry s vysokou vodivosťou. V praxi sa zistilo, že na vysokonapäťových elektrických vedeniach blesk zasiahne nie viac ako tretinu podpier umiestnených na presne definovaných miestach.

Teória selektívneho poškodenia zemských objektov výbojmi blesku našla praktické potvrdenie v usporiadaní ochrany pred bleskom a uzemnenia energetických zariadení elektrických rozvodní. Tie oblasti, ktoré sa vyznačujú nízkou vodivosťou, boli oveľa menej pravdepodobné, že budú zasiahnuté bleskom. Na obr. Obrázok 24 zobrazuje elektrické pole medzi zemou a búrkovým mrakom pred úderom blesku.

Pri postupnej zmene intenzity elektrického poľa búrkového oblaku zabezpečuje vodivosť pôdy rovnováhu v počte nábojov pri zmene elektrického poľa oblaku. Počas výboja blesku sa intenzita poľa mení tak rýchlo, že v dôsledku nízkej vodivosti pôdy nie je čas na redistribúciu náboja. Koncentrácia nábojov v jednotlivých miestach vedie k zvýšeniu intenzity elektrického poľa medzi charakteristickými miestami a búrkovým mrakom (obr. 25), preto výboj blesku selektívne zasiahne tieto miesta.

Jednoznačne to potvrdzuje teóriu selektivity výboja blesku, podľa ktorej za podobných podmienok udrie blesk vždy do tých miest, kde je zvýšená elektrická vodivosť pôdy.

Hlavné parametre blesku

Na charakterizáciu bleskových prúdov sa používajú tieto parametre:

• Maximálna hodnota impulzu bleskového prúdu.
• Stupeň strmosti čela bleskového prúdu.
• Trvanie prednej časti aktuálneho impulzu.
• Plné trvanie pulzu.

Trvanie impulzu bleskového prúdu je čas potrebný na to, aby spätný výboj prekonal vzdialenosť medzi zemou a búrkovým mrakom (20...100 μs). Čelo impulzu bleskového prúdu je v rozsahu od 1,5 do 10 μs.

Priemerná doba trvania impulzu bleskového prúdu je 50 μs. Táto hodnota je štandardnou hodnotou impulzu bleskového prúdu pri testovaní dielektrickej pevnosti tienených káblov: musia odolať priamemu úderu blesku a zachovať celistvosť izolácie. Na testovanie pevnosti izolácie pri vystavení impulzom bleskového napätia (testy sú regulované GOST 1516.2-76) sa používa štandardný impulz bleskového napätia, znázornený na obr. 26 (pre uľahčenie výpočtov je skutočná predná časť zmenšená na ekvivalentnú šikmú).

Na zvislej osi snímania impulzného prepätia sú na úrovni 0,3 Umax a 0,9 Umax vyznačené kontrolné body spojené priamkou. Priesečník tejto priamky s časovou osou a s vodorovnou priamkou dotyčnicou k Umax nám umožňuje určiť trvanie impulzu Tf. Štandardný bleskový impulz má hodnotu 1,2/50: kde Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (plné trvanie impulzu).

Ďalšou dôležitou charakteristikou bleskového impulzu je rýchlosť nárastu napäťového prúdu na čele impulzu (predná strmosť, A*μs). V tabuľke 1 sú uvedené hlavné parametre výbojov blesku pre rovinatý terén. V horách dochádza k zníženiu amplitúdy kolísania bleskového prúdu (takmer dvakrát) v porovnaní s hodnotami pre roviny. Vysvetľuje to skutočnosť, že hory sú bližšie k oblakom, preto v horských oblastiach dochádza k bleskom s oveľa nižšou hustotou nabitých častíc v búrkových oblakoch, čo vedie k zníženiu hodnôt amplitúdy bleskových prúdov.

Podľa tabuľky, keď blesk zasiahne podpery vysokonapäťových elektrických vedení, vznikajú obrovské prúdy - viac ako 200 kA. Takéto výboje blesku, ktoré spôsobujú významné prúdy, sa však pozorujú veľmi zriedkavo: prúdy nad 100 kA sa vyskytujú nie viac ako 2% z celkového počtu výbojov blesku a prúdy nad 150 kA sa vyskytujú v menej ako 0,5% prípadov. Rozdelenie pravdepodobnosti hodnôt amplitúd bleskových prúdov v závislosti od hodnôt amplitúd prúdov je znázornené na obr. 27. Asi 40 % všetkých výbojov blesku má prúdy nepresahujúce 20 kA.

Ryža. 28. Krivky rozdelenia pravdepodobnosti (v %) strmosti čela impulzu bleskového prúdu. Krivka 1 – pre rovné plochy; krivka 2 – pre horské podmienky.

Zo skutočnej strmosti prednej časti pulzný prúd výboj blesku závisí od úrovne impulzného hluku a prepätia vyskytujúceho sa v energetických zariadeniach. Stupeň strmosti sa mení v širokom rozsahu a má slabú koreláciu s hodnotami amplitúdy bleskových prúdov. Na obr. Obrázok 28 ukazuje obrázok rozloženia pravdepodobnosti úrovne strmosti impulzu čelného bleskového prúdu na rovine (krivka 1) a na horách (krivka 2).

Účinok bleskových prúdov

Počas prechodu bleskových prúdov cez rôzne objekty sú tieto vystavené mechanickým, elektromagnetickým a tepelným vplyvom.
Veľké množstvo tepla môže zničiť kovové vodiče malého prierezu (napríklad poistkové vložky alebo telegrafné drôty). Na určenie kritická hodnota bleskový prúd Im (kA), pri ktorom dochádza k roztaveniu alebo dokonca vypareniu vodiča, sa používa nasledujúci vzorec

k – špecifický koeficient v závislosti od materiálu vodiča (meď 300...330, hliník 200...230, oceľ 115...440).
Q – prierez vodiča, mm2;
tm je trvanie impulzu bleskového prúdu, μs.

Najmenší prierez zvodu (bleskovodu), ktorý zaručuje jeho bezpečnosť pri výboji blesku do energetického zariadenia, je 28 mm2. Pri maximálnych hodnotách prúdu sa oceľový vodič podobného prierezu zohreje v priebehu mikrosekúnd až na stovky stupňov, no zachováva si svoju celistvosť. Keď sú kovové časti vystavené bleskovému kanálu, môžu sa roztaviť do hĺbky 3-4 mm. Prerušenia jednotlivých vodičov v kábloch ochrany pred bleskom na elektrických vedeniach sa často vyskytujú v dôsledku vyhorenia výbojom blesku v miestach kontaktu medzi kanálom blesku a káblom.

Z tohto dôvodu majú oceľové bleskozvody veľké prierezy: káble ochrany pred bleskom musia mať prierez najmenej 35 mm2 a bleskozvody musia mať prierez najmenej 100 mm2. Keď bleskový kanál zasiahne horľavé a horľavé materiály (drevo, slama, palivá a mazivá, plynné palivo atď.), môže dôjsť k výbuchom a požiarom. Mechanický vplyv bleskového prúdu sa prejavuje deštrukciou drevených, tehlových a kamenných konštrukcií, ktorým chýba ochrana pred bleskom a správne uzemnenie.

Rozdeliť drevené podpery Elektrické vedenie sa vysvetľuje tým, že bleskový prúd, pohybujúci sa vnútornou štruktúrou dreva, generuje výdatné uvoľňovanie vodnej pary, ktorá svojim tlakom láme vlákna dreva. V daždivom počasí sa drevo štiepi menej ako v suchom počasí. Keďže vlhké drevo sa vyznačuje lepšou vodivosťou, bleskový prúd prechádza hlavne po povrchu dreva bez toho, aby došlo k výraznému poškodeniu drevených konštrukcií.

Pri výboji blesku sa z drevených podpier často vytrhnú kusy dreva hrubé až tri centimetre a široké až päť centimetrov a v niektorých prípadoch blesk rozdelí na polovicu stĺpiky a priečne ramená podpier, ktoré nie sú vybavené uzemnením. . V tomto prípade kovové prvky izolátorov (skrutky a háky) vyletia zo svojich miest a spadnú na zem. Jedného dňa bol úder blesku taký silný, že obrovský topoľ vysoký asi 30 m sa zmenil na kopu malých triesok.

Výboje blesku, ktoré prechádzajú úzkymi trhlinami a malými otvormi, spôsobujú značné zničenie. Napríklad bleskové prúdy ľahko deformujú rúrkové zvodiče inštalované na elektrických vedeniach. Aj klasické dielektrika (kameň a tehla) podliehajú ničivým účinkom silných výbojov. Elektrostatické nárazové sily, ktoré majú zvyšné náboje, môžu ľahko zničiť hrubostenné tehlové a kamenné budovy.

Počas štádia hlavného výboja blesku v blízkosti miesta jeho zásahu do zvodov a kovové konštrukcie V energetických zariadeniach dochádza k impulznému rušeniu a prepätiu, ktoré pri prechode cez uzemnenie energetických objektov vytvára vysokofrekvenčný impulzný šum a výrazný pokles napätia dosahujúci 1000 kV a viac. Výboje blesku sa môžu vyskytnúť nielen medzi búrkami a zemou, ale aj medzi jednotlivými oblakmi. Takéto blesky sú úplne bezpečné pre personál a vybavenie energetických zariadení. Zároveň výboje blesku zasahujúce do zeme predstavujú vážne nebezpečenstvo pre ľudí a technické zariadenia.

Búrková aktivita v Ruskej federácii

V rôznych častiach našej krajiny sa intenzita búrkovej činnosti výrazne líši. Severné regióny zažívajú najslabšiu búrkovú aktivitu. Pri pohybe na juh narastá búrková aktivita, ktorá je charakterizovaná počtom dní v roku, kedy boli búrky. Priemerná dĺžka trvania búrok na jeden deň s búrkami na území Ruskej federácie je od 1,5 do 2 hodín. Búrková činnosť pre ktorýkoľvek bod v Ruskej federácii sa zisťuje pomocou špeciálnych meteorologických máp búrkovej činnosti, ktoré sú zostavené na základe údajov z dlhodobých pozorovaní meteorologických staníc (obr. 29).

Zaujímavé fakty o blesku:

• V oblastiach, kde je búrková aktivita 30 hodín ročne, udrie v priemere 1 blesk na štvorcový kilometer zemského povrchu každé dva roky.
• Každú sekundu zažije povrch našej planéty viac ako sto bleskov.

Proces výskytu bleskových výbojov je celkom dobre študovaný moderná veda. Predpokladá sa, že vo väčšine prípadov (90%) má výboj medzi mrakom a zemou záporný náboj. Zostávajúce zriedkavejšie typy výbojov blesku možno rozdeliť do troch typov:

• výtok zo zeme do oblaku je negatívny;
• pozitívny blesk z oblaku na zem;
• záblesk zo zeme na oblak s kladným nábojom.

Väčšina výbojov je zaznamenaná v rámci toho istého oblaku alebo medzi rôznymi búrkami.

Vznik blesku: teória procesu

Vznik výbojov blesku: 1 = približne 6 tisíc metrov a -30°C, 2 = 15 tisíc metrov a -30°C.

Atmosférické elektrické výboje alebo blesky medzi zemou a nebom sú tvorené kombináciou a prítomnosťou určitých nevyhnutné podmienky, z ktorých dôležitý je vzhľad konvekcie. Ide o prirodzený jav, pri ktorom sú pomerne teplé a vlhké vzduchové hmoty transportované vzostupným prúdením do vyšších vrstiev atmosféry. Vlhkosť v nich prítomná sa zároveň premení na pevný stav agregácie – ľad. Búrkové fronty vznikajú, keď sa kupovitá oblačnosť nachádza vo výške viac ako 15 000 m a prúdy stúpajúce od zeme majú rýchlosť až 100 km/h. Konvekcia vedie k tvorbe búrok, keď sa väčšie krúpy zo spodnej časti oblaku zrážajú a otierajú sa o povrch ľahších kúskov ľadu na vrchu.

Poplatky Thundercloud a ich distribúcia

Záporný a kladný náboj: 1 = krúpy, 2 = kryštály ľadu.

Početné štúdie potvrdzujú, že padajúce ťažšie krúpy, ktoré sa tvoria, keď je teplota vzduchu vyššia ako -15 °C, sú nabité záporne, zatiaľ čo ľahké kryštály ľadu vznikajúce pri nižšej teplote vzduchu – 15 °C sú zvyčajne nabité kladne. Vzduchové prúdy stúpajúce od zeme zdvíhajú kladné ľahké kryhy ľadu do vyšších vrstiev, záporné krúpy do strednej časti oblaku a rozdeľujú oblak na tri časti:

• najvrchnejšia zóna s kladným nábojom;
• stredná alebo stredná zóna, čiastočne negatívne nabitá;
• spodný s čiastočne kladným nábojom.

Vedci vysvetľujú vývoj blesku v oblaku tým, že elektróny sú rozložené tak, že horná časť má kladný náboj a stredná a čiastočne spodná časť záporný náboj. Občas sa tento druh kondenzátora vybije. Blesky pochádzajúce z negatívnej časti oblaku putujú do kladnej zeme. V tomto prípade by sila poľa potrebná pre výboj blesku mala byť v rozsahu 0,5-10 kV/cm. Táto hodnota závisí od izolačných vlastností vzduchu.

Distribúcia výboja: 1 = približne 6 tisíc metrov, 2 = elektrické pole.

Kalkulácia nákladov

Vyberte veľkosť... 10x15 15x15 20x15 20x20 20x30 30x30 30x40

Vyberte veľkosť... 10 12 14 16 18 20 22

Naše predmety

JSC "Mosvodokanal", Športový a rekreačný komplex rekreačného domu "Pyalovo"

Adresa objektu: Moskovský región, okres Mytishchi, dedina. Prusy, 25

Typ práce: Návrh a montáž vonkajšieho systému ochrany pred bleskom.

Zloženie ochrany pred bleskom: Autor: rovná strecha na chránenú konštrukciu je inštalovaná sieťka na ochranu pred bleskom. Dve komínové rúry sú chránené inštaláciou bleskozvodov s dĺžkou 2000 mm a priemerom 16 mm. Ako bleskozvod bola použitá žiarovo pozinkovaná oceľ s priemerom 8 mm (rez 50 mm2 podľa RD 34.21.122-87). Zvody sú uložené za odtokovými rúrami na svorkách so svorkami. Pre zvody sa používa vodič zo žiarovo pozinkovanej ocele s priemerom 8 mm.

GTPP Tereshkovo

Adresa objektu: Mesto Moskva. Diaľnica Borovskoe, komunálna zóna "Tereshkovo".

Typ práce: inštalácia vonkajšieho systému ochrany pred bleskom (časti ochrany pred bleskom a zvodov).

Príslušenstvo:

prevedenie: Celkové množstvo žiarovo pozinkovaného oceľového vodiča pre 13 konštrukcií v zariadení bolo 21 5000 metrov. Na strechách je položená bleskozvodná sieť s rozstupom buniek 5x5 m, v rohoch budov sú inštalované 2 zvody. Ako upevňovacie prvky sa používajú nástenné držiaky, medzispojky, držiaky na ploché strechy s betónom a vysokorýchlostné pripojovacie svorky.


Závod v Solnechnogorsku "EUROPLAST"

Adresa objektu: Moskovský región, okres Solnechnogorsk, obec. Radumlya.

Typ práce: Návrh systému ochrany pred bleskom pre priemyselný objekt.

Príslušenstvo: vyrába OBO Bettermann.

Výber systému ochrany pred bleskom: Ochrana pred bleskom celého objektu je realizovaná podľa III. kategórie formou bleskozvodu zo žiarovo pozinkovaného zvodu Rd8 s rozstupom buniek 12x12 m. Bleskozvod je uložený na vrchu strešná krytina na držiakoch pre mäkké strešné krytiny z plastu s betónovým závažím. Poskytovať dodatočná ochrana zariadení na spodnej úrovni strechy inštaláciou viacnásobného bleskozvodu, pozostávajúceho z tyčových bleskozvodov. Ako bleskozvod použite žiarovo pozinkovanú oceľovú tyč Rd16 s dĺžkou 2000 mm.

Budova McDonald's

Adresa objektu: Moskovský región, Domodedovo, diaľnica M4-Don

Typ práce: Výroba a montáž vonkajšieho systému ochrany pred bleskom.

Príslušenstvo: vyrába J. Propster.

Obsah sady: bleskozvodné pletivo z vodiča Rd8, 50 mm2, SGC; hliníkové bleskozvody Rd16 L=2000 mm; univerzálne konektory Rd8-10/Rd8-10, SGC; medzikonektory Rd8-10/Rd16, Al; nástenné držiaky Rd8-10, SGC; koncové svorky, SGC; plastové držiaky na plochej streche s krytom (betónom) pre pozinkovaný vodič Rd8; izolované tyče d=16 L=500 mm.


Súkromná chata, diaľnica Novorizhskoe

Adresa objektu: Moskovský región, diaľnica Novorizhskoe, chatová dedina

Typ práce: výroba a montáž vonkajšieho systému ochrany pred bleskom.

Príslušenstvo vyrába Dehn.

špecifikácia: Vodiče Rd8 z pozinkovanej ocele, medené vodiče Rd8, medené držiaky Rd8-10 (vrátane hrebeňových), univerzálne spojky Rd8-10 z pozinkovanej ocele, držiaky svoriek Rd8-10 z medi a nehrdzavejúcej ocele, medené falcované svorky Rd8-10 , bimetalové medzispojky Rd8-10/Rd8-10, páska a svorky na upevnenie pásky na medený odtok.


Súkromný dom, Iksha

Adresa objektu: Moskovský región, dedina Iksha

Typ práce: Návrh a montáž vonkajšej ochrany pred bleskom, uzemnenia a systému vyrovnávania potenciálov.

Príslušenstvo: B-S-Technic, Citel.

Vonkajšia ochrana pred bleskom: medené bleskozvody, medený vodič s celkovou dĺžkou 250 m, strešné a fasádne držiaky, spojovacie prvky.

Vnútorná ochrana pred bleskom: Zvodič DUT250VG-300/G TNC, výrobca CITEL GmbH.

Uzemnenie: uzemňovacie tyče z pozinkovanej ocele Rd20 12 ks. s okami, oceľový pás Fl30 s celkovou dĺžkou 65 m, krížové spojky.


Súkromný dom, diaľnica Yaroslavskoe

Adresa objektu: Moskovský región, okres Pushkinsky, diaľnica Yaroslavkoe, chatová dedina

Typ práce: Návrh a montáž externého systému ochrany pred bleskom a uzemnenia.

Príslušenstvo vyrába Dehn.

Zloženie súpravy ochrany pred bleskom pre konštrukciu: vodič Rd8, 50 mm2, meď; Rd8-10 svorka na potrubie; bleskozvody Rd16 L=3000 mm, medené; zemniace tyče Rd20 L=1500 mm, SGC; pás Fl30 25x4 (50 m), pozinkovaná oceľ; zvodič DUT250VG-300/G TNC, CITEL GmbH.


Územie "Noginsk-Technopark", výrobná a skladová budova s ​​administratívnym a občianskym blokom

Adresa objektu: Moskovský región, okres Noginsky.

Typ práce: výroba a montáž vonkajších systémov ochrany pred bleskom a uzemnenia.

Príslušenstvo: J. Propster.

Vonkajšia ochrana pred bleskom: Na plochej streche chráneného objektu je položená privzdušňovacia mriežka s rozstupom buniek 10 x 10 m. Svetlíky sú chránené osadením deviatich odvzdušňovacích tyčí s dĺžkou 2000 mm a priemerom 16 mm. .

Dolné vodiče: Sú položené v „koláču“ fasád budov v počte 16 kusov. Pre zvody je použitý oceľový pozinkovaný vodič v PVC plášti s priemerom 10 mm.

Uzemnenie: Vyrobené vo forme kruhového obvodu s vodorovným uzemňovacím vodičom vo forme pozinkovaného pásu 40x4 mm a hlbokými uzemňovacími tyčami Rd20 dĺžky L 2x1500 mm.

Vzduchový obal okolo zemegule pozostáva z niekoľkých vrstiev: troposféra (horná hranica 7 - 18 km), stratosféra (výška od 7 18 km nad zemou - do 80 km), ionosféra (od 80 do 900 km). Ionosféra je vysoko vodivé médium, ktoré je ako výstelka obrovského guľového kondenzátora, ktorého druhou výstelkou je guľový povrch zeme; vzduch medzi nimi možno považovať za dielektrikum. Horná vrstva (ionosféra) je nabitá kladne, zemský povrch je nabitý záporne. Sila elektrického poľa takéhoto prirodzeného kondenzátora je nerovnomerná v dôsledku rôznych hustôt vzduchu na povrchu zeme je 120 V/m. Sila elektrického poľa v atmosfére sa mení a závisí od prítomnosti nabitých oblakov.

Celková intenzita elektrického poľa na zemskom povrchu môže dosiahnuť 5000 V/m a viac. Pri kritických rozdieloch potenciálov medzi oblakom a zemou (nad 10 9 V) dochádza k elektrickému výboju, t.j. blesk.

Na obr. 1.5 a ukazuje priamy úder blesku do kábla bez porušenia izolácie jadra.

Linka 1 – plášť kábla, 2 – dve žily kábla.

Ryža. 1.5. Priamy bleskový prúd vstupujúci do kábla

Keď blesk zasiahne plášť kábla, prúd sa šíri doľava a doprava a indukuje EMF v kábli (U ob-zh - medzi plášťom a jadrom, U z-zh - medzi žilami) a prúdy i zh. Tieto EMP môžu byť nebezpečné pre izoláciu káblových žíl a zariadení, ktoré sú k nim pripojené. Ak v tomto prípade dôjde k prerazeniu izolácie medzi plášťom a vodičmi, potom sa do vodičov dostane bleskový prúd (obr. 1.5, b), pričom v mieste úderu blesku sú napätia U ob-zh = 0, U l-z. = 0, na odľahlých miestach môžu tieto EMP dosiahnuť nebezpečné hodnoty.

Na obr. Na obrázku 1.6 sú znázornené prípady nepriameho pôsobenia výbojov blesku.

Ryža. 1.6. Nepriamy účinok výboja blesku

Keď blesk zasiahne strom, výboj cez jeho korene môže prejsť do kábla (obr. 1.6, a). Vzdialenosť A, ktorý je blokovaný elektrickým oblúkom blesku, sa zvyšuje so zvyšujúcim sa odporom zeme.

Druhý prípad nepriamej akcie je znázornený na obr. 1.6, b: počas výboja blesku medzi oblakmi indukuje prúd emf v kábli (a nadzemných vedeniach), ktoré je úmerné veľkosti.

1.6. Vysokofrekvenčné kanály prenosových systémov na vysokonapäťových vedeniach striedavého a jednosmerného prúdu

Okrem prenosu elektrickej energie môžu byť vodiče vysokonapäťových elektrických vedení použité na prenos komunikačných signálov, diaľkového ovládania a zariadení na ochranu elektrického vedenia pred núdzovými prevádzkovými podmienkami. Tieto vysokofrekvenčné kanály sú vytvorené na frekvencii 40-500 kHz.

Schéma pripojenia vysokofrekvenčných zariadení k elektrickým vedeniam podľa obvodu medzi fázou a zemou je znázornená na obr. 1.7.

Každý vysielač pracuje na vlastnej frekvencii, jeho výkon je 10-100 W a vyšší. Vplyvom vysokofrekvenčných kanálov na kanály prenosových systémov (letecké, káblové vedenia komunikácie a iné) je potrebné zvážiť, ak výkon vysokofrekvenčných stĺpov presahuje 5 W.

Medzi zdroje vplyvu patria aj výkonné vysielacie rádiové stanice.

Ryža. 1.7. Schéma zapojenia vysokofrekvenčných zariadení na silové vedenia: I, II – vysokofrekvenčné stĺpy (komunikácie, diaľkové ovládanie, ochranné zariadenia); P 1, P 2 – vysielacie a prijímacie zariadenia; Ф 1, Ф 2 – filtre; C1, C2 – kondenzátory; L 1, L 2 – bariérové ​​tlmivky, ktoré neumožňujú prechod vysokofrekvenčných signálov do silových zariadení; f 1, f 2 – nosné frekvencie

Bleskové výboje (blesky) sú najbežnejším zdrojom silného elektromagnetického rušenia prírodného pôvodu. Podľa hrubých odhadov každú sekundu udrie na zemský povrch asi sto bleskov. Blesk má nepriaznivé účinky na okolité objekty, elektrické konštrukcie, komunikácie, elektronické distribučné systémy a voľne žijúce zvieratá:

− elektrostatické;

− elektromagnetické;

− dynamický;

− tepelné;

− biologické.

Údery blesku často vedú k smrti a spôsobujú rozsiahle materiálne škody.

Blesk je typ výboja plynu s veľmi dlhou dĺžkou iskry. Celková dĺžka kanál blesku dosahuje niekoľko kilometrov. Zdrojom blesku je búrkový mrak, ktorý nesie akumuláciu objemových kladných a záporných nábojov. Vznik takýchto vesmírnych nábojov rôznych polarít v oblaku (polarizácia oblakov) je spojený s kondenzáciou v dôsledku ochladzovania vodnej pary pri stúpajúcich prúdoch. teplý vzduch na pozitívnych a negatívnych kvapôčkach vlhkosti v oblaku pod vplyvom intenzívnych vzostupných prúdov vzduchu.

V prírode existujú tri hlavné typy výbojov blesku:

1. Lineárny blesk – má podobu úzkeho pásika medzi oblakom a zemou, medzi oblakmi alebo medzi jednotlivými zhlukmi vesmírnych nábojov vo vnútri oblaku.

2. Guľový blesk je jasne žiariaca, pohyblivá, konvexná, relatívne stabilná plazmatická zrazenina, ktorá sa objavuje a mizne z dôvodov, ktoré sú v súčasnosti málo pochopené.

3. Tiché výboje - koróna, ktorá vzniká v miestach prudkej nehomogenity sily elektrického poľa na vyčnievajúcich uzemnených predmetoch v predbúrkovom období a počas búrky.

Lineárny blesk (ďalej len blesk) sa v prírode vyskytuje najčastejšie a je v porovnaní s inými typmi bleskových výbojov najčastejším zdrojom silného elektromagnetického rušenia.

Výboj blesku sa vyvíja rôznymi spôsobmi. Vnútromrakové výboje sa najčastejšie vyskytujú počas búrok, ktoré sa vyskytujú vysoko nad zemou. Za takýchto podmienok je jednoduchšie, aby sa blesk rozvinul zo spodnej časti nabitého oblaku nahor alebo naopak, než aby sa dostal ďaleko od základne oblaku, t.j. okraj najbližšie k zemi, k zemi. Vnútromrakové výboje sú často pozorované v suchých oblastiach, kde sú mraky vyššie nad zemou ako vo vlhkých oblastiach.

Pre stredné zemepisné šírky, kde sa oblačnosť nachádza v nadmorskej výške okolo 1 ÷ 3 km, je počet vnútrooblakových výbojov a výbojov medzi oblakmi a zemou takmer rovnaký.

Polarizácia oblaku v procese separácie náboja neprebieha rovnakým spôsobom. V 75 ÷ 85 % všetkých prípadov nesie základňa oblaku záporný náboj a počas procesu výboja sa náboj tejto polarity prenáša na zem. Zároveň je hodnota amplitúdy bleskového prúdu s jeho zápornou polaritou v priemere 1,5 ÷ 2 krát nižšia ako s kladnou polaritou.

Mechanizmus vzniku lineárneho blesku je spojený s postupným hromadením opačne polárnych elektrických nábojov na hornej a dolnej časti oblaku a vytváraním elektrického poľa so stúpajúcou intenzitou okolo neho. Keď potenciálny gradient v ktoromkoľvek bode oblaku dosiahne kritickú hodnotu pre vzduch (pri normálnom atmosférickom tlaku asi 3·10 6 V/m), na tomto mieste dôjde k blesku, ktorý začína vedúcim stupňom a končí reverzným ( hlavný) výboj. Hlavným stupňom výboja blesku je zdroj PEMF. Vzhľadom na to, že v oblaku vzniká niekoľko navzájom izolovaných zhlukov nábojov, blesky sa zvyčajne vyskytujú viackrát, t.j. pozostáva z niekoľkých jednotkových výbojov vyvíjajúcich sa pozdĺž tej istej dráhy. Priemerná dĺžka trvania hlavného výboja je 20 ÷ 50 μs; počet opakovaných výbojov sa môže pohybovať od 2 do 10 alebo viac; časový interval medzi opakovanými výbojmi je 0,001 ÷ 0,5 s. Ako ukazujú merania, výbojový prúd blesku je impulz s rýchlym nárastom prúdu z nuly na maximum (čelná vlna) a relatívne pomalým poklesom (koncová vlna).

Pri realizácii ochranných opatrení a určovaní elektromagnetického prostredia (EME) v konkrétnej oblasti možno ako vypočítané hodnoty brať nasledujúce hodnoty hlavných hodnôt charakteristík blesku.