Upravo grmljavine ukazuju na povećanje atmosferske aktivnosti. Na primjer, u planinama Altai i na grebenu Salair (Maslyaninsky okrug Novosibirske regije) primjećuje se vrlo snažna olujna aktivnost. To se manifestira u novim vrstama pražnjenja groma koje nisu tipične za običnu grmljavinu. U opštem slučaju, tip i karakteristike grmljavinskog procesa određuju se vertikalnim protokom energije. Svaka grmljavina uključuje i elektricitet iz dubina Zemlje i elektricitet iz visina. U određenom smislu, svaka grmljavina je lokalni poremećaj etra. Sa povećanjem koncentracije tzv. etera (što je isto kao i promjena u distribuciji primarne/tamne materije), naglo se povećava red, priroda grmljavine, vrste pražnjenja groma i druge karakteristike. To nije zbog povećanja učestalosti i mase promatranja koja se provode. Ovo je zaista apsolutno povećanje.
Nedavno (kasnih 80-ih) počeo se koristiti novi termin - pražnjenje sprite. Karakterizira ga kratkoća pražnjenja - dijelovi milisekundi. Sprite pražnjenje izgleda kao bljesak, počinje iznad fronta grmljavine na visini od 25-30 kilometara i proteže se do visine do 140 km. Lokalno kolosalno ubrizgavanje energije događa se na frontu grmljavine. Danas se sa satelita i šatlova snimaju pražnjenja koja se nazivaju sprite, mlaznice, vilenjaci, itd. Sve su to nove vrste pražnjenja groma koje nisu primećene do 80-ih godina 20. veka. Treba napomenuti da Zemljina olujna aktivnost ima strogi dnevni red. Ova sređenost naziva se jedinstvena električna oscilacija Zemlje, odnosno, na primjer, kada je u Londonu sedam sati uveče, aktivnost grmljavine se povećava širom svijeta i na sjevernoj i na južnoj hemisferi. Ova opšta elektro-atmosferska oscilacija Zemlje ima neke razloge koji tek treba da budu razjašnjeni.
Za karakterizaciju zemaljskih fenomena, geofizičari često koriste sljedeće izraze: trakasta munja, volumetrijsko pražnjenje, kuglasta munja, munja zavjesa i, konačno, loptasta munja i suha grmljavina.
Posljednja dva fenomena treba posebno spomenuti.
Kuglasta munja. Ovo je sramota za modernu fundamentalnu fiziku, jer do danas nema objašnjenja za ovaj fenomen. Kuglaste munje su poznate milenijumima, ali ipak u 95 slučajeva od 100, hipoteze koje ih opisuju odnose se samo na jedno od njihovih brojnih svojstava. Preostala svojstva se obično ne uklapaju u hipotezu. Sada geofizičari proučavaju ovo pitanje. Kuglasta munja, u suštini, nije čak ni munja, već eter domen (gusti ugrušak primarne/tamne materije), a povećanje električnog zasićenja naših gradova dovelo je do toga da se danas 53% loptastih munja registruje u velikim gradovima. Mogu se roditi iz telefonske slušalice, iz utičnice, iz TV-a. Grad je postao super-emiter eteričnih formacija, sa svojim aktivnostima dramatično mijenjajući prirodni tok tamne materije. Pokazalo se da je loptasta munja upravo jedna od vrsta "svjetlećih objekata" ili eteričnih formacija, čija je pojava povezana s elektromagnetnim karakteristikama prostora. Kuglasta munja, kako se ispostavilo, potpuno je podložna zakonima etra, odnosno opisana je jednadžbama polarizacije fizičkog vakuuma (kao, na primjer, u modelu V. L. Dyatlova). Neke vrste sfernih svjetlećih formacija mogu doseći i do 8 km u promjeru. Već ga je teško percipirati kao loptastu munju, ali i ovo je jedna od njenih vrsta!
Suva grmljavina. Pojavila se nova klasa grmljavina koja je počela rasti. Ovo se odnosi na suve grmljavine. Ako se prisjetite ljeta 1998., možete se sjetiti kako su počele grmljavine pod potpuno vedrim nebom. Pražnjenja groma i padavine su vremenski razdvojeni. Suhe grmljavine karakterizira prvenstveno naboj. Ako su tradicionalne "vlažne" grmljavine imale linearno pražnjenje s negativnim potencijalom, onda suve imaju pozitivan. Njihova snaga je 6-8 puta veća. Osim toga, oni su glavni krivci velikih požara. Oluja sa grmljavinom zapalila je vegetaciju i sama je ne gasi. Po prvi put ovakva grmljavina zabilježena su u sjevernom Meksiku, zatim u južnim američkim državama. Danas je broj linearnih pražnjenja ovog tipa dostigao 50%, dok je broj požara povećan za 70%.
Šta uzrokuje ovo raslojavanje cirkulacije vlage, zvučnih efekata i samog pražnjenja groma? Danas smo u više navrata uočili situaciju u kojoj se događaji odvijaju uzastopno: grmljavina grmi na potpuno vedrom nebu, sat kasnije kiša, vjetar i munje pojavljuju se, ali potpuno tiho. Geofizičari su smislili termin: stratifikacija prostora prema kvalitetu etarske pobude. Termin je izmišljen, ali oni još nisu u stanju da ga objasne, oni samo mapiraju grmljavinu. A danas je sve više istraživača čvrsto uvjereno da su grmljavine pokazatelji lokalnog regionalnog tipa eteričke ekscitacije, odnosno eterične karakteristike određenog područja planete. Štaviše, ova eterična ekscitacija (promena u distribuciji tamne materije u prostoru) direktno zavisi od geološke strukture i stanja geofizičkih polja date teritorije.
Od sredine 80-ih, Zemljina aktivnost munja počela je ozbiljno da se proučava sa satelita u orbitama srednje visine (oko hiljadu kilometara iznad površine Zemlje). Dobivanje satelitskih podataka omogućilo je razjašnjavanje svjetske karte oluja i identificiranje glavnih centara oluja. Otkriveno je da nisu svi grmljavinski centri čvrsto vezani za određenu teritoriju, na primjer, južni Pacifik ili afrički centri. Određeni broj značajnih oluja s grmljavinom, posebno u Sjedinjenim Državama (i s njima tornada), kruži kontinentom iz godine u godinu. Otkrivena je pozitivna, a za neke teritorije (na primjer, Jakutija) negativna veza između grmljavine i godina aktivnog Sunca. Tako je posljednjih godina kosmoeterična (tj. direktno povezana s protokom primarne/tamne materije) priroda porijekla i svrhe grmljavina postala sve jasnija u nauci. Ističemo da se, u ovom ili onom stepenu, pražnjenja munje bilježe na svim planetama Sunčevog sistema.
na fotografiji - pražnjenje sprajta na velikim visinama
Dakle, grmljavina je prirodni proces vertikalnog protoka energije stresa u atmosferi, jonosferi i zemljinoj kori. Ali antropološka aktivnost čovečanstva, izgradnja moćnih veštačkih električnih energetskih sistema, zajedno sa nasilnom emocionalnom aktivnošću miliona ljudi, izaziva snažna izobličenja u elektromagnetnom polju planete i direktno je povezana sa promenama u normalnim tokovima primarnih/ tamne materije. Stoga se sve češće i posvuda uočavaju promjene u karakteristikama pražnjenja groma. Iako, naravno, snažan uticaj imaju i promjene u karakteristikama svemira.
Svaka osoba je kroz svoj život imala priliku više puta primijetiti kako se stanje okoline i sama osoba mijenja nakon grmljavine. Postaje lakše disati, javlja se nova snaga, a svijest se razbistri. Istovremeno, fizički parametri atmosfere se mijenjaju u pravcu povećanja zasićenja elektronima, vlažnosti i sadržaja ozona. Ali ako umjetno stvorite iste uvjete, tada se neće postići potpunost efekta grmljavine. Prilikom prirodnog pražnjenja groma, čini se da se u zraku formira neka druga komponenta koja proizvodi snažan tonik. Isti osjećaj se može dobiti i u električno zasićenim stoljetnim šumama četinara. Ova komponenta, koja čini disanje tako lakšim, naziva se različito u različitim teorijama (prana, živa, kundalini, qi, itd.). Ali glavna stvar je da je prirodni proces njegovog dolaska na Zemlju grmljavinsko pražnjenje - munja.
Jedan od najvažnijim otkrićima u proučavanju grmljavine danas je da, prema istraživanjima poslednjih godina, posebno u radovima V. A. Guseva, efekti sinteze organskih supstanci u kapima kiše (prečnika do 10 mikrona) pod uticajem spektra elektromagnetnog zračenja od pražnjenja munje sa grmljavinom!
Poslednjih decenija na Zemlji su se počeli primećivati takozvani „reaktori sa munjama“ – grmljavinske formacije, čiji broj pražnjenja prelazi 300 pražnjenja u minuti. Značajna grmljavinska jonizacija vazduha, kako tokom jednostavnih oluja, tako i posebno u „reaktorima sa grmljavinom“, doprinosi intenziviranju procesa fotosinteze. Imajte na umu da je još 1785. godine botaničar Gardini identificirao negativan utjecaj zaštite prirodnog električnog polja na rast biljaka. A pražnjenja munje sve raznovrsnijeg tipa također su izvor dušikovih oksida, koji gnoje tlo.
na fotografiji - crvena sprite grmljavina na nebu iznad Danske
Uzimajući u obzir činjenicu da svake sekunde na kugli zemaljskoj ima 100 linearnih pražnjenja groma, energetski intenzitet grmljavine u sekundi je 10 do 18. stepena erg/s, odnosno 3,14∙10 do 26. stepena erg/godina. Naglašavamo da je ukupna godišnja energetska produktivnost grmljavina uporediva sa energetskim intenzitetom godišnje seizmičnosti - n∙10 na 26. stepen erg/god. Sličnost sa seizmičkim procesima može se nastaviti iu akustičkim efektima. Utvrđeno je da se maksimalna energija grmljavine oslobađa na frekvencijama od 0,2-2 Hz u infrazvučnom opsegu, a u zvučnom dijelu akustičkog spektra energetski maksimum se javlja na frekvencijama od 125-250 Hz, što je nešto manje od infrasonic. U seizmoakustici, infrazvučne frekvencije također imaju veliku prednost u odnosu na audio opseg.
Zbog svoje potpune nepredvidivosti i ogromne snage munja(munja), predstavljaju potencijalnu opasnost za brojne energetske objekte. Moderna nauka se akumulirala veliki volumen teorijske informacije i praktične podatke o gromobranska zaštita i aktivnosti grmljavine, a to omogućava rješavanje ozbiljnih problema vezanih za zaštitu od groma industrijske i civilne energetske infrastrukture. Ovaj članak govori o fizičkom priroda fenomena grmljavine i ponašanje groma, čije će poznavanje biti korisno za uređenje efikasne gromobranske zaštite i stvaranje integrisanog sistema uzemljenja za električne podstanice.
Priroda munja i grmljavinskih oblaka
U toploj sezoni u srednjim geografskim širinama, tokom kretanja ciklona, sa dovoljnom vlažnošću i jakim uzlaznim strujanjima vazduha, često se javljaju grmljavinska pražnjenja (munja). Razlog za ovu prirodnu pojavu je ogromna koncentracija atmosferskog elektriciteta (nabijenih čestica) u grmljavinskim oblacima, u kojima, u prisustvu uzlaznih strujanja, dolazi do razdvajanja negativnih i pozitivnih naboja uz nakupljanje nabijenih čestica u razni dijelovi oblaci. Danas postoji više teorija o atmosferskom elektricitetu i elektrifikaciji grmljavinskih oblaka, kao najvažnijim faktorima koji direktno utiču na projektovanje i kreiranje sveobuhvatne gromobranske zaštite i uzemljenja elektroenergetskih objekata.
Prema modernim konceptima, formiranje nabijenih čestica u oblacima povezano je s prisustvom električnog polja u blizini Zemlje koje ima negativan naboj. U blizini površine planete, jačina električnog polja je 100 V/m. Ova vrijednost je skoro svuda ista i ne zavisi od vremena i mjesta mjerenja. Zemljino električno polje je uzrokovano prisustvom slobodnih nabijenih čestica u atmosferskom zraku, koje su u stalnom kretanju.
Na primjer, u 1 cm3 zraka nalazi se više od 600 pozitivno nabijenih čestica i isto toliko negativno nabijenih čestica. Kako se udaljavate od zemljine površine, gustina naelektrisanih čestica u vazduhu naglo raste. U blizini tla, električna provodljivost zraka je zanemarljiva, ali već na visinama većim od 80 km električna provodljivost se povećava 3.000.000.000 (!) puta i postaje jednaka provodljivosti slatke vode. Ako povučemo analogije, onda se u prvoj aproksimaciji naša planeta može uporediti sa ogromnim kondenzatorom u obliku lopte.
U ovom slučaju se kao pokrivači uzimaju površina Zemlje i zračni sloj koncentriran na visini od osamdeset kilometara iznad površine zemlje. Dio atmosfere debljine 80 km, koji ima nisku električnu provodljivost, djeluje kao izolator. Između ploča virtualnog kondenzatora nastaje napon do 200 kV, a struja može biti do 1.400 A. Takav kondenzator ima nevjerovatnu snagu - oko 300.000 kW (!). U električnom polju planete, na nadmorskoj visini između 1 i 8 kilometara od zemljine površine, kondenzuju se naelektrisane čestice i javljaju se pojave grmljavine koje pogoršavaju elektromagnetno okruženje i predstavljaju izvor impulsnog šuma u energetskim sistemima.
Pojave grmljavine dijele se na frontalne i termalne grmljavine. Na sl. Na slici 1 prikazan je dijagram pojave termalne grmljavine. Kao rezultat intenzivnog zračenja sunčevim zracima, površina zemlje se zagrijava. Dio toplinske energije prelazi u atmosferu i zagrijava njene donje slojeve. Tople zračne mase se šire i dižu više. Već na visini od dva kilometra dostižu područje niskih temperatura, gdje se kondenzira vlaga i pojavljuju grmljavinski oblaci. Ovi oblaci se sastoje od mikroskopskih kapljica vode koje nose naboj. Po pravilu se grmljavinski oblaci formiraju u toplim ljetnim danima u popodnevnim satima i relativno su male veličine.
Frontalne grmljavine nastaju kada se frontalno sudare dva toka zraka različitih temperatura. Protok vazduha sa niskom temperaturom pada naniže, bliže tlu, a tople vazdušne mase jure prema gore (sl. 2). Grmljavinski oblaci nastaju na visinama sa niskim temperaturama, gdje se kondenzira vlažan zrak. Frontalna grmljavina može biti prilično duga i zahvatiti značajno područje.
U isto vrijeme, pozadinsko elektromagnetno okruženje je primjetno izobličeno, što uzrokuje impulsni šum u električnim mrežama. Takvi frontovi se kreću brzinama od 5 do 150 km/h i više. Za razliku od termalnih grmljavina, frontalne grmljavine su aktivne skoro 24 sata i predstavljaju ozbiljnu opasnost za industrijske objekte koji nisu opremljeni sistemom zaštite od groma i efikasnim uzemljenjem. Kada se hladan vazduh kondenzuje u električnom polju, formiraju se polarizovane kapi vode (slika 3): u donjem delu kapi postoji pozitivan naboj, a u gornjem negativan.
Zbog rastućih strujanja zraka, kapljice vode se razdvajaju: manje se dižu prema gore, a veće padaju niže. Kako se kap pomiče prema gore, negativno nabijeni dio kapi privlači pozitivne naboje i odbija negativne. Kao rezultat, kap postaje pozitivno nabijena jer postepeno prikuplja pozitivan naboj. Kapi koje padaju privlače negativne naboje i postaju negativno nabijene kako padaju.
Fisija nabijenih čestica u grmljavinskom oblaku događa se slično: u gornji sloj Pozitivno nabijene čestice se akumuliraju, a negativno nabijene čestice nakupljaju se u donjem. Grmljavinski oblak praktički nije provodnik, pa se iz tog razloga naboji zadržavaju neko vrijeme. Ako jače električno polje oblaka utiče na električno polje „vedrog vremena“, ono će promijeniti svoj smjer na svojoj lokaciji (slika 4).
Raspodjela nabijenih čestica u masi oblaka je izuzetno neravnomjerna:
u nekim tačkama gustina ima maksimalnu vrednost, au drugima malu vrednost. Na mestu gde se akumulira veliki broj naelektrisanja i formira jako električno polje kritičnog intenziteta reda 25-30 kV/cm, nastaju pogodni uslovi za nastanak munje. Pražnjenje groma je slično iskri uočenoj u procjepu između elektroda koje su dobri provodnici električne energije.
Ionizacija atmosferskog vazduha
Atmosferski vazduh se sastoji od mešavine gasova: azota, kiseonika, inertnih gasova i vodene pare. Atomi ovih plinova spajaju se u jake i stabilne veze, formirajući molekule. Svaki atom je jezgro protona koje ima pozitivan naboj. Elektroni s negativnim nabojem („elektronski oblak“) rotiraju oko jezgra.
U kvantitativnom smislu, naboj jezgra i ukupni naboj elektrona su međusobno jednaki. Tokom jonizacije, elektroni napuštaju atom (molekul). Tokom procesa atmosferske jonizacije formiraju se 2 nabijene čestice: pozitivni jon (jezgro sa elektronima) i negativni ion (slobodni elektron). Kao i mnoge fizičke pojave, ionizacija zahtijeva određenu količinu energije, koja se zove energija ionizacije zraka.
Kada se u vazdušnom sloju formiranom od 2 provodne elektrode pojavi dovoljan napon, sve slobodne naelektrisane čestice, pod uticajem jačine električnog polja, počeće da se kreću uredno. Masa elektrona je mnogo puta (10.000 ... 100.000 puta) manja od mase jezgra. Kao rezultat toga, kada se slobodni elektron kreće u električnom polju zračnog sloja, brzina ove nabijene čestice je mnogo veća od brzine jezgra. Posjedujući značajan zamah, elektron lako uklanja nove elektrone iz molekula, čineći tako ionizaciju intenzivnijom. Ova pojava se naziva udarna jonizacija (slika 5).
Međutim, ne rezultira svaki sudar uklanjanjem elektrona iz molekule. U nekim slučajevima, elektroni se kreću u nestabilne orbite daleko od jezgra. Takvi elektroni primaju dio energije od sudarajućeg elektrona, što dovodi do ekscitacije molekula (slika 6.).
Period "života" pobuđenog molekula je samo 10-10 sekundi, nakon čega se elektron vraća na svoju prethodnu, energetski stabilniju orbitu.
Kada se elektron vrati u stabilnu orbitu, pobuđeni molekul emituje foton. Foton, pak, pod određenim uvjetima može jonizirati druge molekule. Ovaj proces je nazvan fotojonizacija (slika 7). Postoje i drugi izvori fotojonizacije: visokoenergetski kosmički zraci, ultraljubičasti svetlosni talasi, radioaktivno zračenje itd. (Sl. 8).
U pravilu, jonizacija molekula zraka nastaje na visokim temperaturama. Kako temperatura raste, molekule zraka i slobodni elektroni koji učestvuju u toplinskom (haotičnom) kretanju dobivaju veću energiju i češće se sudaraju. Rezultat takvih sudara je jonizacija zraka, nazvana termička ionizacija. Međutim, može doći i do obrnutih procesa kada nabijene čestice neutraliziraju vlastite naboje (rekombinacija). Tokom procesa rekombinacije, uočava se intenzivna emisija fotona.
Formiranje strimera i koronskog pražnjenja
Kada se jačina električnog polja u zračnom međuprostoru između nabijenih ploča poveća na kritične vrijednosti, može se razviti udarna jonizacija, tj. zajednički uzrok pulsne visokofrekventne smetnje. Njegova suština je sljedeća: nakon ionizacije jedne molekule elektronom, pojavljuju se dva slobodna elektrona i jedan pozitivni ion. Naknadni sudari dovode do pojave 4 slobodna elektrona i 3 jona sa pozitivnim nabojem.
Dakle, jonizacija poprima lavinski karakter, koji je praćen stvaranjem ogromnog broja slobodnih elektrona i pozitivnih jona (sl. 9 i 10). Pozitivni ioni se akumuliraju u blizini negativne elektrode, a negativno nabijeni elektroni kreću se prema pozitivnoj elektrodi.
Tokom procesa jonizacije slobodni elektroni dobijaju veću pokretljivost u odnosu na jone, pa se potonji uslovno mogu smatrati nepokretnim česticama. Kada se elektroni kreću do pozitivne elektrode, preostali pozitivni naboji imaju snažan utjecaj na stanje električnog polja, što dovodi do povećanja njegove snage. Veliki broj fotona ubrzava ionizaciju zraka u blizini anode i doprinosi stvaranju sekundarnih elektrona (slika 11), koji su izvori ponavljanja lavina (slika 12).
Rezultirajuće sekundarne lavine kreću se prema anodi, gdje se koncentriše pozitivni naboj. Slobodni elektroni probijaju pozitivni prostorni naboj, što dovodi do formiranja prilično uskog kanala (strimera) u kojem se nalazi plazma. Zbog svoje odlične provodljivosti, streamer „proširuje“ anodu, dok se proces formiranja lavina slobodnih elektrona ubrzava i dolazi do daljeg povećanja jakosti električnog polja (sl. 13 i 14), krećući se prema glavi strujne cijevi. . Dodatni elektroni se miješaju s pozitivnim ionima, što opet dovodi do formiranja plazme, koja produžuje streamer kanal.
Rice. 13. Povećanje jakosti električnog polja praćeno je pojačanom fotojonizacijom i stvara nove lavine nabijenih čestica
Nakon što strimer popuni slobodni jaz, počinje faza iskre pražnjenja (slika 15), koju karakteriše super-snažna termička jonizacija prostora i ultraprovodljivost plazma kanala.
Opisani proces formiranja strimera vrijedi za male praznine koje karakterizira jednolično električno polje. Međutim, prema svom obliku sva električna polja se dijele na homogena, blago nehomogena i jako nehomogena:
- Unutar uniformnog električnog polja, intenzitet duž linija polja karakterizira konstantna vrijednost. Kao na primjer, električno polje u srednjem dijelu paralelnog pločastog kondenzatora.
- U slabo nehomogenom polju, vrijednosti jačine izmjerene duž linija polja razlikuju se ne više od 2 ... 3 puta, takvo polje se smatra slabo nehomogenim. Na primjer, električno polje između 2 sferna iskrišta ili električno polje koje nastaje između ljuske oklopljenog kabela i njegove jezgre.
- Električno polje se naziva visoko nehomogenim ako ga karakteriziraju značajni skokovi u intenzitetu, što dovodi do ozbiljnog pogoršanja elektromagnetnog okruženja. U industrijskim električnim instalacijama, po pravilu, električna polja imaju izrazito neujednačen oblik, što zahtijeva provjeru uređaja na elektromagnetsku kompatibilnost.
U vrlo nehomogenom polju, procesi jonizacije se prikupljaju u blizini pozitivne ili negativne elektrode. Stoga pražnjenje ne može doći do stupnja iskre, te se u tom slučaju naelektrisanje formira u obliku korone (“koronsko pražnjenje”). Daljnjim povećanjem jakosti električnog polja u zračnom rasporu se formiraju strujnice i dolazi do pražnjenja iskre. Dakle, ako je dužina jaza jedan metar, tada se pražnjenje iskre javlja pri jačini polja od oko 10 kV/cm.
Vodeći oblik pražnjenja groma
S zračnim rasporom od nekoliko metara, streameri u nastajanju nemaju dovoljnu vodljivost da razviju potpuno pražnjenje. Kako se strimer kreće, formira se pražnjenje groma, koje poprima oblik vođe. Dio kanala, nazvan lider, ispunjen je termički joniziranim česticama. Značajna količina naelektrisanih čestica koncentrirana je u vodećem kanalu, čija je gustina mnogo veća od prosjeka za streamer. Ova nekretnina pruža dobri uslovi da formiraju streamera i transformišu ga u vođu.
Rice. 16. Proces kretanja struja i nastanak negativnog vođe (AB – početna lavina; CD – formirana struga).
Na sl. Slika 16 pokazuje klasičnu šemu za pojavu negativnog lidera. Tok slobodnih elektrona kreće se od katode do anode. Zasjenjeni stošci prikazuju nastale lavine elektrona, a putanje emitiranih fotona prikazane su u obliku valovitih linija. U svakoj lavini, kada se elektroni sudare, zrak se ionizira, a rezultirajući fotoni naknadno ioniziraju druge molekule zraka. Ionizacija poprima masovni karakter i brojne lavine se spajaju u jedan kanal. Brzina fotona je 3*108 m/s, a brzina slobodnog kretanja elektrona u prednjem dijelu lavine je 1,5*105 m/s.
Razvoj streamera odvija se brže od napredovanja lavine elektrona. Na sl. Slika 16 pokazuje da se tokom prolaska prve lavine udaljenosti AB na segmentu CD formira strujni kanal ultraprovodljivosti po cijeloj dužini. Standardni streamer se kreće prosječnom brzinom od 106-107 m/s. Ako slobodni elektroni imaju dovoljno visoku koncentraciju, dolazi do intenzivne termičke ionizacije u kanalu strujanja, što dovodi do pojave lidera - linearne strukture sa komponentom plazme.
Kako se vođa kreće, na njegovom krajnjem dijelu formiraju se novi streameri, koji kasnije postaju i vođa. Na sl. Slika 17 prikazuje razvoj negativnog lidera u vazdušnom jazu sa neujednačenim električnim poljem: vođa se kreće duž kanala strujanja (slika 17a); nakon što je transformacija kanala streamera u lidera završena, nastaju nove lavine.
Rice. 17. Šema formiranja i razvoja negativnog lidera u dužem periodu.
Elektronske lavine se kreću kroz vazdušni jaz (slika 17b) i formira se nova struja (slika 17c). U pravilu, strimeri se kreću po nasumičnoj putanji. Sa ovakvim formiranjem pražnjenja groma u dugim zračnim prazninama, čak i pri malim jačinama električnog polja (od 1.000 do 2.000 V/cm), vođa brzo prelazi značajne udaljenosti.
Kada vođa dođe do suprotne elektrode, vodeći stupanj munje se završava i počinje faza obrnutog (glavnog) pražnjenja. U ovom slučaju, elektromagnetski val se širi sa površine zemlje duž kanala vođe, zbog čega se potencijal lidera smanjuje na nulu. Tako se između elektroda formira supravodljivi kanal kroz koji prolazi pražnjenje groma.
Faze razvoja pražnjenja groma
Uslovi za nastanak munje stvaraju se u onom dijelu grmljavinskog oblaka gdje su akumulacija nabijenih čestica i jačina električnog polja dostigli granične vrijednosti. U ovom trenutku se razvija udarna ionizacija i formiraju se lavine elektrona, a zatim se pod utjecajem foto- i toplinske ionizacije pojavljuju strimeri koji se pretvaraju u lidere.
a – vizuelni prikaz; b – strujna karakteristika.
Dužina munje se kreće od stotina metara i može doseći nekoliko kilometara (prosječna dužina munje je 5 km). Zahvaljujući vrhunskom tipu razvoja, munja je u stanju da pređe značajne udaljenosti u djeliću sekunde. Ljudsko oko vidi munju kao neprekidnu liniju koja se sastoji od jedne ili više svijetlih pruga bijele, svijetlo ružičaste ili svijetlo plave boje. U stvari, pražnjenje groma je nekoliko impulsa, uključujući dva stupnja: vodeći i obrnuti stupanj pražnjenja.
Na sl. Na slici 18 prikazan je vremenski pregled impulsa munje, koji prikazuje pražnjenje vodeće faze prvog impulsa koji se razvija u obliku stepenica. U prosjeku, linija pozornice je pedeset metara, a kašnjenje između susjednih stupnjeva dostiže 30-90 μs. Prosječna brzina širenja lidera je 105...106 m/s.
Stepezni oblik razvoja lidera objašnjava se činjenicom da je potrebno neko vrijeme da se formira vodeći streamer (pauza između koraka). Naknadni impulsi se kreću duž jonizovanog kanala i imaju jasno vodeći stepen u obliku strelice. Nakon što vođa dostigne 1. puls zemljine površine, pojavljuje se jonizirani kanal kroz koji se kreće naboj. U ovom trenutku počinje 2. faza pražnjenja groma (obrnuto pražnjenje).
Glavno pražnjenje je vidljivo u obliku neprekidne jarko svijetleće linije koja probija prostor između grmljavinskih oblaka i tla (linearne munje). Nakon što glavno pražnjenje dođe do oblaka, sjaj plazma kanala se smanjuje. Ova faza se zove naknadni sjaj. U jednom pražnjenju munje uočava se do dvadeset ponovljenih impulsa, a trajanje samog pražnjenja doseže 1 sekundu ili više.
U četiri od deset slučajeva uočava se višestruko pražnjenje groma, što uzrokuje impulsni šum u energetskim mrežama. U prosjeku se opaža 3...4 impulsa. Priroda ponovljenih impulsa povezana je sa postepenim prilivom preostalih naelektrisanja u grmljavinskom oblaku u kanal plazme.
Selektivno djelovanje pražnjenja groma
Kada se liderski kanal tek počne razvijati, jačina električnog polja u njegovom dijelu glave određena je zapreminom vodećeg naboja i nakupinama volumetrijskih nabijenih čestica koje se nalaze ispod grmljavinskog oblaka. Prioritetni smjer pražnjenja ovisi o maksimalnoj jačini električnog polja. Na znatnoj visini ovom pravcu određuje samo vodeći kanal (slika 19).
Kada se vodeći kanal pražnjenja munje kreće prema površini zemlje, njegovo električno polje je izobličeno poljem zemlje i masivnim zemaljskim energetskim objektima. Maksimalne vrijednosti intenziteta i smjera širenja vođe groma određuju se i njegovim vlastitim naelektrisanjem i naelektrisanjem koncentrisanim na tlu, kao i na umjetnim konstrukcijama (Sl. 20).
Visina H glave vođe iznad zemljine površine, na kojoj se značajan uticaj na električno polje vođe manifestuje poljima naelektrisanja akumuliranih u značajnim količinama na tlu i na elektroenergetskim objektima, sposobna da menjaju pravac kretanja vođa, naziva se visina orijentacije pražnjenja groma.
Što je više električnih naboja u vodećem kanalu, to je veća visina na kojoj se može pojaviti promjena putanje munje.
Na slici 21 prikazano je kretanje glavnog pražnjenja od zemljine površine do grmljavinskog oblaka i širenje vođe prema tlu (ravna površina).
Kada se pražnjenje groma kreće prema visokoj zemljinoj konstrukciji (oslonac dalekovoda ili toranj) prema vodećem pražnjenju koje se širi od grmljavinskog oblaka do površine zemlje, iz prizemnog oslonca se razvija kontra vođa (Sl. 22.). U ovom slučaju, glavno pražnjenje nastaje na mjestu veze između vođa i kreće se u oba smjera.
Rice. 22. Razvoj vodeće faze (gore) i glavne faze pražnjenja (dole) kada pražnjenje groma udari u metalni nosač
Proces formiranja groma pokazuje da se specifična lokacija pražnjenja groma određuje u fazi lidera. Ako postoji visoka prizemna konstrukcija direktno ispod grmljavinskog oblaka (na primjer, televizijski toranj ili oslonac dalekovoda), tada će se vođa u nastajanju kretati prema tlu najkraćim putem, odnosno prema vođi, koji se proteže prema gore od prizemne konstrukcije.
Na osnovu praktično iskustvo, možemo zaključiti da grom najčešće udara u one elektroenergetske objekte koji imaju efikasno uzemljenje i dobro provode struju. Na jednakim visinama, pražnjenje groma udara u objekat koji ima bolje uzemljenje i visoku električnu provodljivost. Sa različitim visinama elektroenergetskih objekata i ako zemljište pored njih ima i različitu otpornost, grom može pogoditi niži objekat koji se nalazi na tlu sa boljom provodljivošću (Sl. 23).
Rice. 23. Selektivna osjetljivost na pražnjenje groma: tlo visoke električne provodljivosti (a); tlo sa smanjenom provodljivošću (b).
Ova činjenica se može objasniti činjenicom da tokom razvoja faze lidera struje provodljivosti teku duž putanje sa povećanom provodljivošću, pa u određenim područjima postoji koncentracija naelektrisanja vezanih za vođu. Kao rezultat, povećava se utjecaj električnog polja naboja na površini zemlje na električno polje vođe u nastajanju. Ovo objašnjava selektivnost munje. U pravilu su najčešće zahvaćene zemljišne površine i nadzemne umjetne konstrukcije visoke provodljivosti. U praksi je utvrđeno da na visokonaponskim dalekovodima gromobranska pražnjenja ne pogađa više od trećine nosača koji se nalaze na strogo određenim mjestima.
Teorija selektivnog oštećenja zemaljskih objekata od udara groma našla je praktičnu potvrdu u uređenju gromobranske zaštite i uzemljenja elektroenergetskih objekata trafostanica. One oblasti koje karakteriše niska provodljivost imale su mnogo manje šanse da budu pogođene gromom. Na sl. Slika 24 prikazuje električno polje između tla i grmljavinskog oblaka prije udara groma.
S postepenom promjenom jačine električnog polja grmljavinskog oblaka, provodljivost tla osigurava ravnotežu u broju naelektrisanja kada se električno polje oblaka promijeni. Za vrijeme pražnjenja groma, jačina polja se mijenja tako brzo da zbog niske provodljivosti tla nema vremena za preraspodjelu naboja. Koncentracija naelektrisanja na pojedinim mestima dovodi do povećanja jačine električnog polja između karakterističnih mesta i grmljavinskog oblaka (Sl. 25), pa pražnjenje groma selektivno pogađa ova mesta.
Ovo jasno potvrđuje teoriju selektivnosti pražnjenja groma, prema kojoj, pod sličnim uslovima, grom uvek udara u ona mesta gde je povećana električna provodljivost tla.
Glavni parametri munje
Za karakterizaciju struje groma koriste se sljedeći parametri:
- Maksimalna vrijednost impulsa struje groma.
- Stepen strmine fronta struje groma.
- Trajanje prednjeg dijela strujnog impulsa.
- Puno trajanje pulsa.
Trajanje impulsa struje groma je vrijeme potrebno da povratno pražnjenje pređe udaljenost između tla i grmljavinskog oblaka (20...100 μs). Prednji dio impulsa struje groma je u rasponu od 1,5 do 10 μs.
Prosečno trajanje impulsa struje groma je 50 μs. Ova vrijednost je standardna vrijednost impulsa struje groma pri ispitivanju dielektrične čvrstoće oklopljenih kablova: oni moraju izdržati direktne udare groma i održavati integritet izolacije. Za ispitivanje čvrstoće izolacije kada je izložen impulsima napona groma (testovi su regulisani GOST 1516.2-76), usvojen je standardni impuls struje napona groma, prikazan na sl. 26 (radi praktičnosti proračuna, stvarni prednji dio je sveden na ekvivalentan kosi).
Na vertikalnoj osi pulsnog prenaponskog skeniranja, na nivou od 0,3 Umax i 0,9 Umax, označene su kontrolne tačke povezane pravom linijom. Presjek ove prave linije sa vremenskom osom i horizontalnom ravnom linijom tangentom na Umax omogućava nam da odredimo trajanje impulsa Tf. Standardni impuls munje ima vrijednost 1,2/50: gdje je Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (puno trajanje impulsa).
Još jedna važna karakteristika munjevitog impulsa je brzina povećanja struje napona na frontu impulsa (strmina fronta, A*μs). U tabeli 1 prikazani su glavni parametri pražnjenja groma za ravni teren. U planinama dolazi do smanjenja amplitude fluktuacija struje groma (skoro dva puta) u poređenju sa vrijednostima za ravnice. To se objašnjava činjenicom da su planine bliže oblacima, pa se u planinskim područjima munje javljaju pri mnogo manjoj gustoći nabijenih čestica u grmljavinskim oblacima, što dovodi do smanjenja amplitudnih vrijednosti strujanja groma.
Prema tabeli, kada grom udari u nosače visokonaponskih dalekovoda, stvaraju se ogromne struje - više od 200 kA. Međutim, takva pražnjenja groma, koja izazivaju značajne struje, uočavaju se izuzetno rijetko: struje veće od 100 kA javljaju se u najviše 2% slučajeva od ukupnog broja pražnjenja groma, a struje veće od 150 kA javljaju se u manje od 0,5% slučajeva. Raspodjela vjerovatnoće amplitudnih vrijednosti struja groma u zavisnosti od amplitudnih vrijednosti struja prikazana je na Sl. 27. Oko 40% svih pražnjenja groma ima struje koje ne prelaze 20 kA.
Rice. 28. Krive distribucije vjerovatnoće (u %) strmine fronta impulsa struje groma. Kriva 1 – za ravne površine; kriva 2 – za planinske uslove.
Nivo impulsne buke i prenapona koji nastaju u elektroenergetskim objektima zavisi od stvarne strmine fronta impulsne struje pražnjenja groma. Stepen strmine varira u širokom rasponu i ima slabu korelaciju sa vrijednostima amplitude struja groma. Na sl. Na slici 28 prikazana je slika distribucije vjerovatnoće nivoa strmine impulsa frontalne struje munje na ravnici (kriva 1) i u planinama (kriva 2).
Uticaj struja groma
Prilikom prolaska struja groma kroz različite objekte, oni su podvrgnuti mehaničkim, elektromagnetnim i termičkim utjecajima.
Značajno stvaranje topline može uništiti metalne provodnike malih poprečnih presjeka (na primjer, osigurače ili telegrafske žice). Za određivanje kritične vrijednosti struje groma Im (kA), pri kojoj dolazi do topljenja ili čak isparavanja vodiča, koristi se sljedeća formula
k – specifični koeficijent u zavisnosti od materijala provodnika (bakar 300...330, aluminijum 200...230, čelik 115...440).
Q – poprečni presjek provodnika, mm2;
tm je trajanje impulsa struje groma, μs.
Najmanji poprečni presjek provodnika (gromobrana), koji garantuje njegovu sigurnost pri udaru groma u elektroenergetski objekat, je 28 mm2. Pri maksimalnim vrijednostima struje, čelični provodnik sličnog poprečnog presjeka zagrijava se do stotina stupnjeva u nekoliko mikrosekundi, ali zadržava svoj integritet. Kada su izloženi kanalu groma, metalni dijelovi se mogu rastopiti do dubine od 3-4 mm. Prekidi pojedinih žica gromobranskih kablova na dalekovodima često nastaju zbog pregaranja pražnjenjem groma na mjestima kontakta gromobranskog kanala i kabla.
Iz tog razloga čelični gromobrani imaju velike poprečne presjeke: gromobranski kablovi moraju imati poprečni presjek od najmanje 35 mm2, a gromobran moraju imati poprečni presjek od najmanje 100 mm2. Kada kanal groma udari zapaljive i zapaljive materijale (drvo, slama, goriva i maziva, gasovito gorivo, itd.), može doći do eksplozije i požara. Mehanički uticaj struje groma se manifestuje u razaranju drvenih, ciglenih i kamenih konstrukcija kojima nedostaje gromobranska zaštita i pravilno uzemljenje.
Cepanje drvenih stubova dalekovoda objašnjava se činjenicom da struja groma, krećući se kroz unutrašnju strukturu drveta, stvara obilno oslobađanje vodene pare, koja svojim pritiskom razbija drvena vlakna. Po kišnom vremenu, cijepanje drva je manje nego po suhom vremenu. S obzirom da se mokro drvo odlikuje boljom provodljivošću, struja groma prolazi uglavnom duž površine drveta, bez nanošenja značajnijih oštećenja drvenim konstrukcijama.
Prilikom pražnjenja groma iz drvenih nosača često se čupaju komadi drveta debljine do tri centimetra i širine do pet centimetara, a u nekim slučajevima grom rascijepi na pola stubove i poprečne nosače koji nisu opremljeni uzemljenjem. U tom slučaju metalni elementi izolatora (svornjaci i kuke) izlete sa svojih mjesta i padaju na tlo. Jednog dana, udar groma je bio toliko jak da se ogromna topola visoka oko 30 m pretvorila u gomilu sitnog krhotina.
Prolazeći kroz uske pukotine i male otvore, pražnjenja munje proizvode značajna razaranja. Na primjer, struje groma lako deformiraju cijevne odvodnike instalirane na dalekovodima. Čak su i klasični dielektrici (kamen i cigla) podložni destruktivnim efektima snažnih pražnjenja. Elektrostatičke udarne sile koje imaju preostala naelektrisanja mogu lako uništiti zgrade od cigle i kamena debelih zidova.
U fazi glavnog pražnjenja groma, u blizini tačke njegovog udara, dolazi do impulsne smetnje i prenapona u provodnicima i metalnim konstrukcijama energetskih objekata, koji prolazeći kroz uzemljenje energetskih objekata stvaraju visokofrekventni impulsni šum i značajan šum. pad napona koji dostiže 1.000 kV ili više. Pražnjenja groma mogu se pojaviti ne samo između grmljavinskih oblaka i tla, već i između pojedinačnih oblaka. Takva rasvjeta je potpuno sigurna za osoblje i opremu energetskih objekata. Istovremeno, pražnjenja groma koja dopiru do tla predstavljaju ozbiljnu opasnost za ljude i tehničke uređaje.
Aktivnost grmljavine u Ruskoj Federaciji
U različitim dijelovima naše zemlje intenzitet grmljavinske aktivnosti značajno varira. Najslabiju aktivnost grmljavine doživljavaju sjeverni regioni. Kako se krećete prema jugu, dolazi do povećanja aktivnosti grmljavine, koju karakteriše broj dana u godini kada je bilo grmljavina. Prosječno trajanje grmljavine po grmljavinskom danu na teritoriji Ruska Federacija kreće se od 1,5 do 2 sata. Aktivnost grmljavine za bilo koju tačku u Ruskoj Federaciji utvrđuje se korišćenjem posebnih meteoroloških karata aktivnosti grmljavine, koje se sastavljaju na osnovu podataka dugoročnih osmatranja meteoroloških stanica (Sl. 29).
Zanimljive činjenice o munjama:
- U onim područjima gdje je aktivnost grmljavine 30 sati godišnje, u prosjeku se svake dvije godine dogodi 1 udar groma po kvadratnom kilometru zemljine površine.
- Svake sekunde, površina naše planete doživi preko stotinu udara groma.
Glavna uprava Ministarstva za vanredne situacije Rusije za Jakutiju podsjeća da je grmljavina jedna od najopasnijih prirodnih pojava za ljude. Udar groma može uzrokovati paralizu, gubitak svijesti i zastoj disanja i srca. Kako vas grom ne bi oštetio, morate znati i pridržavati se nekih pravila ponašanja tokom grmljavine.
Prije svega, potrebno je zapamtiti tu munju—Ovo je električno pražnjenje visokog napona, enormne struje, velike snage i vrlo visoka temperatura javlja u prirodi. Električna pražnjenja koja se javljaju između kumulusnih oblaka ili između oblaka i tla praćena su grmljavinom, jakom kišom, često gradom i jakim vjetrom.
Zaposleni u Republičkom odeljenju Ministarstva za vanredne situacije daju niz jednostavnih saveta šta da radite tokom grmljavine.
Ako ste u seoskoj kući ili vrtu za vrijeme grmljavine, trebali biste:
—Zatvorite vrata i prozore i uklonite propuh.
—Ne palite peć, zatvorite dimnjak, jer dim koji izlazi iz dimnjaka ima visoku električnu provodljivost i može privući električno pražnjenje.
—Isključite TV, radio, električne uređaje i odspojite antenu.
— Isključite komunikacijske uređaje: laptop, mobilni telefon.
—Ne biste trebali biti blizu prozora ili na tavanu, niti blizu masivnih metalnih predmeta.
—Nemojte biti na otvorenim prostorima u blizini metalnih konstrukcija ili dalekovoda.
—Ne dirajte ništa mokro, željezo ili električnu energiju.
— Skinite sav metalni nakit (lančiće, prstenje, minđuše) i stavite u kožnu ili plastičnu vrećicu.
—Ne otvarajte svoj kišobran nad sobom.
—Ni u kom slučaju ne treba tražiti zaklon ispod velikih stabala.
—Nije preporučljivo biti u blizini vatre.
—Držite se dalje od žičanih ograda.
—Ne izlazite da uklonite odjeću koja se suši na vodovima, jer i oni provode struju.
—Nemojte voziti bicikl ili motocikl.
— Veoma je opasno razgovarati na mobilnom telefonu tokom grmljavine;
Da vas ne udari grom ako ste u automobilu
Mašina prilično dobro štiti ljude unutra, jer čak i kada ga udari grom, pražnjenje se javlja na površini metala. Ako vas u automobilu uhvati grmljavina, zatvorite prozore, ugasite radio, mobilni telefon i GPS navigator. Ne dirajte ručke na vratima ili druge metalne dijelove.
Da vas ne udari grom ako ste na motociklu
Bicikl i motocikl, za razliku od automobila, neće vas spasiti od grmljavine. Potrebno je sjahati i odmaknuti se oko 30 m od bicikla ili motocikla.
Pomoć žrtvi od udara groma
Za pružanje prve pomoći osobi koju je pogodio grom, treba je odmah premjestiti na sigurno mjesto. Dodirivanje žrtve nije opasno; Čak i ako se čini da je poraz fatalan, može se pokazati da u stvarnosti nije tako.
Ako je žrtva u nesvijesti, stavite je na leđa i okrenite mu glavu u stranu kako jezik ne bi upao u respiratornog trakta. Do dolaska hitne pomoći potrebno je obaviti vještačko disanje i masažu srca.
Ako su ove radnje pomogle, osoba pokazuje znakove života, prije dolaska ljekara žrtvi dajte dvije-tri tablete analgina i stavite mu na glavu vlažnu krpu presavijenu u nekoliko slojeva. Ako ima opekotina, potrebno ih je preliti sa dosta vode, skinuti opečenu odjeću, a zatim pokriti zahvaćeno područje čistom. materijal za previjanje. Kada se transportuje u medicinska ustanova potrebno je žrtvu staviti na nosila i stalno pratiti njegovo dobro.
Za relativno blage ozljede od munje, žrtvi dajte bilo koji lijek protiv bolova (analgin, tempalgin, itd.) i sedativ (tinktura valerijane, Corvalol, itd.)
Pražnjenja groma - munje - smatraju se električnim pražnjenjem džinovskog kondenzatora čija je jedna ploča grmljavinski oblak nabijen s donje strane (najčešće negativnim nabojem), a druga je zemlja na čijoj se površini nalaze pozitivni naboji. indukovana (munja prolaze i između suprotno naelektrisanih delova oblaka). Ove kategorije se sastoje od dvije faze: inicijalne (liderske) i glavne. IN početna faza munja se polako razvija od grmljavinskog oblaka do površine zemlje u obliku slabo užarenog jonizovanog kanala, koji je ispunjen negativnim naelektrisanjem koji teku iz oblaka (slika 4.9).
Rice. 4.9 Oblak grmljavine
Tipičan oscilogram talasa struje groma koji prolazi kroz pogođeni objekat (slika 4.10) pokazuje da se u roku od nekoliko mikrosekundi struja groma povećava do maksimalne (amplitude) vrednosti i. Ovaj dio vala (vidi sliku 4.10, tačke 1-2) naziva se vrijeme fronta t. To je praćeno smanjenjem struje. Vrijeme od početka (tačka 1) do trenutka kada struja groma, opadajući, dostigne vrijednost jednaku polovini svoje amplitude (tačke 1-4), naziva se period poluraspada T1
Važne karakteristike struje groma su i amplituda i brzina porasta struje groma (strmina talasa).
Amplituda i nagib struje groma zavise od mnogih faktora (naboj oblaka, provodljivost tla, visina zahvaćenog objekta, itd.) i veoma variraju. U praksi, amplituda talasa se određuje iz krive verovatnoće strujanja groma (slika 4.11).
Na ovim krivuljama osa ordinata prikazuje vrijednosti amplituda struja groma I m, a osa apscisa prikazuje vjerovatnoću pojave ovih struja.
Vjerovatnoća se izražava u postocima. Gornja kriva karakterizira struje groma s vjerovatnoćom do 2%, a donje krive - do 80%. Iz krivulja na sl. Slika 4.11 pokazuje da su struje groma u ravnim područjima (kriva 1) približno dvostruko veće od struja groma u planinskim područjima (kriva 2), gdje je otpor tla prilično visok. Krivulja 2 se također odnosi na struje groma koje ulaze u vodove i visoke objekte s prijelaznim otporom objekt-zemlja reda veličine stotina Ohma.
Najčešće se uočavaju struje groma do 50 kA. Struje groma preko 50 kA ne prelaze 15% u ravničarskim područjima i 2,5% u kockarskim područjima. Prosječni nagib struje groma je 5 kA/µs.
Bez obzira na geografsku širinu, polaritet struje pražnjenja munje može biti pozitivan ili negativan, što je povezano sa uslovima za formiranje i razdvajanje naelektrisanja u grmljavinskim oblacima. Međutim, u većini slučajeva struje groma imaju negativan polaritet, odnosno negativno naelektrisanje se prenosi sa oblaka na tlo i samo u u rijetkim slučajevima zabilježene su struje pozitivnog polariteta.
Upravo se sa strujama groma (negativni i pozitivni polaritet) često povezuje pojava prenapona u električnim instalacijama, uključujući i žičane komunikacione uređaje. Postoje dvije vrste efekata struja groma: direktni udar groma (L.L.) u komunikacijsku liniju i indirektni efekti struja groma prilikom pražnjenja groma u blizini linije. Kao rezultat oba utjecaja nastaju prenaponi iz PC-a u komunikacijskim žicama. m i inducirani prenaponi, objedinjeni pod opštim nazivom atmosferski prenaponi.
Prilikom direktnog udara groma dolazi do prenapona do nekoliko miliona volti, koji mogu uzrokovati uništenje ili oštećenje opreme komunikacijskih linija (nosači, traverze, izolatori, kabelski ulošci), kao i žičane komunikacione opreme uključene u linijske žice. Frekvencija p.u. m direktno zavisi od intenziteta olujne aktivnosti na datom području, koju karakteriše ukupno godišnje trajanje grmljavine, izraženo u satima ili grmljavinskim danima.
Intenzitet pražnjenja groma karakteriše veličina struje groma. Promatranjima u mnogim zemljama utvrđeno je da se jačina struje u kanalima munjevitog pražnjenja kreće od nekoliko stotina ampera do nekoliko stotina hiljada ampera. Trajanje munje varira od nekoliko mikrosekundi do nekoliko milisekundi.
Struja pražnjenja je pulsirajuća po prirodi s prednjim dijelom koji se naziva front valova i zadnjim dijelom koji se naziva talasni pad. Vrijeme fronta vala struje munje je označeno sa x µs, vrijeme raspadanja vala na 1/2 amplitude struje označeno je sa t.
Ekvivalentna frekvencija munje je frekvencija sinusoidalne struje koja, djelujući u omotaču kabela umjesto impulsnog vala, uzrokuje pojavu napona između jezgre i omotača amplitude jednake amplitudi prirodne struje groma. . U prosjeku m = 5 kHz.
Ekvivalentna struja groma je efektivna vrijednost sinusoidne struje sa ekvivalentnom frekvencijom munje. Prosječna struja pri udaru o tlo je 30 kA.
Broj i obim oštećenja koja se tokom godine dešavaju na podzemnom komunikacionom kablu zavisi od više razloga:
Intenzitet aktivnosti groma u zoni polaganja kabla;
Dizajn, dimenzije i materijal vanjskih zaštitnih obloga, električna provodljivost, mehanička čvrstoća izolacijskih premaza i izolacije pojasa, kao i električna čvrstoća izolacije između jezgri;
Specifični otpor, hemijski sastav i fizičku strukturu tla, njegovu vlažnost i temperaturu;
Geološka struktura terena i područje trase kablovske;
Prisutnost visokih objekata u blizini kabla, kao što su jarboli, nosači električnih i komunikacionih vodova, visoko drveće, šume itd.
Stupanj otpornosti kabela na udar groma na udar groma karakterizira faktor kvalitete kabela q i određen je omjerom maksimalnog dopuštenog udarnog napona i omskog otpora metalnog poklopca kabela na dužini od 1 km:
Oštećenje kabla ne nastaje svakim udarom groma. Opasni udar groma je udar u kojem rezultirajući napon premašuje amplitudu probojnog napona kabla u jednoj ili više tačaka. Isti opasan udar može uzrokovati višestruka oštećenja kabela.
Kada grom udari na određenoj udaljenosti od kabla, prema kablu se pojavljuje električni luk. Što je veća amplituda struje, to je veća udaljenost luka koja se može pojaviti. Pretpostavlja se da je širina ekvivalentne trake uz kabl, udari u koji uzrokuju oštećenje kabla, u prosjeku 30 m (sa kablom u sredini). Područje koje zauzima ova traka čini ekvivalentno zahvaćeno područje dobija se množenjem širine ekvivalentne trake sa dužinom kabla.
Proces nastanka pražnjenja groma je prilično dobro proučen moderna nauka. Vjeruje se da u većini slučajeva (90%) pražnjenje između oblaka i tla ima negativan naboj. Preostale rjeđe vrste pražnjenja groma mogu se podijeliti u tri tipa:
- pražnjenje iz zemlje u oblak je negativno;
- pozitivna munja od oblaka do zemlje;
- bljesak sa zemlje u oblak sa pozitivnim nabojem.
Većina pražnjenja se bilježi unutar istog oblaka ili između različitih grmljavinskih oblaka.
Formiranje munje: teorija procesa
Formiranje pražnjenja groma: 1 = približno 6 hiljada metara i -30°C, 2 = 15 hiljada metara i -30°C.
Atmosferska električna pražnjenja ili munje između zemlje i neba nastaju kombinacijom i prisustvom određenih neophodnih uslova, od kojih je najvažniji pojava konvekcije. Ovo je prirodni fenomen tokom kojeg se vazdušne mase koje su prilično tople i vlažne prenose uzlaznim tokom u gornje slojeve atmosfere. Istovremeno, vlaga prisutna u njima pretvara se u čvrsto agregacijsko stanje - led. Frontovi grmljavine nastaju kada se kumulonimbusni oblaci nalaze na nadmorskoj visini većoj od 15 hiljada m, a struje koje se dižu sa tla imaju brzinu do 100 km/h. Konvekcija dovodi do stvaranja oluja s grmljavinom jer se veći kamenčići grada iz donjeg dijela oblaka sudaraju i trljaju o površinu lakših komada leda na vrhu.
Naboji grmljavinskog oblaka i njihova distribucija
Negativni i pozitivni naboji: 1 = tuča, 2 = kristali leda.
Brojna istraživanja potvrđuju da su padajuće teže tuče, nastale kada je temperatura zraka viša od -15°C, negativno nabijene, dok su lagani kristali leda nastali kada je temperatura zraka niža -15°C obično pozitivno nabijeni. Vazdušne struje koje se dižu od tla podižu pozitivne svjetlosne plohe leda do viših slojeva, negativne tuče u središnji dio oblaka i dijele oblak na tri dijela:
- najgornja zona sa pozitivnim nabojem;
- srednja ili centralna zona, djelomično negativno nabijena;
- donji sa djelimično pozitivnim nabojem.
Naučnici objašnjavaju razvoj munje u oblaku činjenicom da su elektroni raspoređeni na način da gornji dio ima pozitivan naboj, a srednji i dijelom donji dio negativan. Ponekad se ovakav kondenzator isprazni. Munja koja potiče iz negativnog dijela oblaka putuje do pozitivnog tla. U ovom slučaju, jačina polja potrebna za pražnjenje groma treba da bude u opsegu od 0,5-10 kV/cm. Ova vrijednost ovisi o izolacijskim svojstvima zraka.
Raspodjela pražnjenja: 1 = približno 6 hiljada metara, 2 = električno polje.
Obračun troškova
Naši objekti
AD "Mosvodokanal", Sportsko-rekreacioni kompleks kuće za odmor "Pyalovo"
Adresa objekta: Moskovska oblast, okrug Mytishchi, selo. Prussy, 25
Vrsta posla: Projektovanje i montaža sistema spoljne gromobranske zaštite.
Sastav gromobranske zaštite: Duž ravnog krova štićene konstrukcije položena je gromobranska mreža. Dvije dimnjačke cijevi su zaštićene ugradnjom gromobrana dužine 2000 mm i prečnika 16 mm. Kao gromobran je korišten vruće pocinčani čelik promjera 8 mm (presjek 50 sq. mm prema RD 34.21.122-87). Odvodni provodnici se polažu iza odvodnih cijevi na stezaljke sa stezaljkama. Za donje vodiče koristi se provodnik od vruće pocinčanog čelika promjera 8 mm.
GTPP Tereškovo
Adresa objekta: Moskva. Borovskoe autoput, komunalna zona "Tereškovo".
Vrsta posla: ugradnja sistema vanjske gromobranske zaštite (gromobranski dio i odvodnici).
Pribor:
Izvršenje: Ukupna količina toplo pocinkovanog čeličnog provodnika za 13 objekata u okviru objekta iznosila je 21.5000 metara. Na krovove je postavljena gromobranska mreža sa nagibom ćelija 5x5 m, a u uglovima zgrada postavljena su 2 dovodna provodnika. Kao elementi za pričvršćivanje koriste se zidni držači, međuspojnici, držači za ravne krovove sa betonom i brze priključne stezaljke.
Solnečnogorska fabrika "EUROPLAST"
Adresa objekta: Moskovska oblast, oblast Solnečnogorsk, selo. Radumlya.
Vrsta posla: Projektovanje gromobranskog sistema za industrijsku zgradu.
Pribor: proizvodi OBO Bettermann.
Odabir sistema za zaštitu od groma: Gromobranska zaštita cijelog objekta izvedena je prema kategoriji III u vidu gromobranske mreže od toplo pocinkovanog provodnika Rd8 sa nagibom ćelije 12x12 m za meke krovove od plastike sa betonskim utezima. Obezbijediti dodatnu zaštitu opreme na donjem nivou krova ugradnjom višestrukog gromobrana, koji se sastoji od štapnih gromobrana. Kao gromobran koristite vruće pocinčanu čeličnu šipku Rd16 dužine 2000 mm.
Zgrada McDonald'sa
Adresa objekta: Moskovska oblast, Domodedovo, autoput M4-Don
Vrsta posla: Izrada i montaža sistema spoljne gromobranske zaštite.
Pribor: proizvođača J. Propster.
Set sadržaja: gromobranska mreža od Rd8 provodnika, 50 kv. mm, SGC; aluminijski gromobran Rd16 L=2000 mm; univerzalni konektori Rd8-10/Rd8-10, SGC; međukonektori Rd8-10/Rd16, Al; zidni držači Rd8-10, SGC; terminali, SGC; plastični držači na ravnom krovu sa poklopcem (sa betonom) za pocinčani vodič Rd8; izolovane šipke d=16 L=500 mm.
Privatna vikendica, Novorizhskoe autoput
Adresa objekta: Moskovska oblast, Novorizhskoe autoput, vikend naselje
Vrsta posla: izrada i montaža sistema spoljne gromobranske zaštite.
Pribor producirao Dehn.
specifikacija: Rd8 provodnici od pocinkovanog čelika, bakreni provodnici Rd8, bakarni držači Rd8-10 (uključujući i slemenaste), univerzalni konektori Rd8-10 od pocinkovanog čelika, držači stezaljki Rd8-10 od bakra i nerđajućeg čelika, bakarne falcirane stezaljke Rd8-10 , bimetalni međukonektori Rd8-10/Rd8-10, traka i stezaljke za pričvršćivanje trake na bakarni odvod.
Privatna kuća, Iksha
Adresa objekta: Moskovska oblast, selo Ikša
Vrsta posla: Projektovanje i ugradnja sistema vanjske gromobranske zaštite, uzemljenja i izjednačavanja potencijala.
Pribor: B-S-Technic, Citel.
Vanjska zaštita od groma: gromobrani od bakra, bakarni provodnik ukupne dužine 250 m, krovni i fasadni držači, spojni elementi.
Unutrašnja gromobranska zaštita: Odvodnik DUT250VG-300/G TNC, proizvođača CITEL GmbH.
uzemljenje:šipke za uzemljenje od pocinkovanog čelika Rd20 12 kom. sa ušicama, čelična traka Fl30 ukupne dužine 65 m, poprečne spojnice.
Privatna kuća, Yaroslavskoe autoput
Adresa objekta: Moskovska oblast, okrug Puškinski, autoput Jaroslavkoe, vikend naselje
Vrsta posla: Projektovanje i ugradnja sistema spoljne gromobranske zaštite i uzemljenja.
Pribor producirao Dehn.
Sastav gromobranskog kompleta za konstrukciju: provodnik Rd8, 50 sq. mm, bakar; Stezaljka za cijevi Rd8-10; gromobran Rd16 L=3000 mm, bakar; štapovi za uzemljenje Rd20 L=1500 mm, SGC; traka Fl30 25x4 (50 m), pocinčani čelik; odvodnik DUT250VG-300/G TNC, CITEL GmbH.
Teritorija "Noginsk-Technopark", proizvodno-skladišna zgrada sa uredskim i udobnim blokom
Adresa objekta: Moskovska oblast, Noginski okrug.
Vrsta posla: izrada i montaža spoljnih sistema gromobranske zaštite i uzemljenja.
Pribor: J. Propster.
Vanjska zaštita od groma: Na ravnom krovu štićenog objekta postavljena je zračna završna mreža nagiba ćelija 10 x 10 m. Krovnici su zaštićeni postavljanjem devet zračnih završnih šipki dužine 2000 mm i prečnika 16 mm.
Donji provodnici: Položene su u „pitu“ fasada zgrada u količini od 16 komada. Za donje vodiče koristi se pocinčani čelični vodič u PVC omotaču promjera 10 mm.
uzemljenje: Izrađen u obliku prstenastog kola sa horizontalnim uzemljivačem u obliku pocinčane trake 40x4 mm i šipkama za duboko uzemljenje Rd20 dužine L 2x1500 mm.
