Производство  ->  Оборудование  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Молнии и их разрушительная сила

Разряды атмосферного электричества во время гроз – чрезвычайно красивое, но столь же опасное явление. Помимо того, что молнии непосредственно угрожают жизни людей и животных, при отсутствии грамотно спроектированной и установленной системы молниезащиты они могут привести к повреждению или даже полному уничтожению объектов недвижимости или дорогостоящего электрооборудования. Разрушительная сила молний известна всем, кто хотя бы раз наблюдал последствия ее действия.

Молниеотвод - это устройство, которое позволяет уберечь многие объекты от разрушительного воздействия молнии.

Созданием молниеотводов человечество занималось с 18 века, и с течением времени эти устройства принимали все более совершенные формы и действия их становилось все более надежнее. В работе дана историческая справка исследований.

В работе показана установка, с помощью которой можно продемонстрировать работу молниеотвода и воспроизвести его в условиях школьного физического кабинета.

ВАЖНЫЕ ДАТЫ ИСТОРИИ

1753 г. - Беджамин Франклин изобрел молниеотвод. Он был первым, кто продемонстрировал электрическую природу молнии с помощью своего известного эксперимента с воздушным змеем. Примерно в то же время во Франции Далибар подтвердил теорию в Марли своим экспериментом с металлическим стержнем, который был электризован во время грозы

Жак де Ромас также пришел к такому же выводу с помощью воздушного змея другого типа, нежели Франклин. Медный провод шел вокруг веревки к земле. Открытие быстро привело к необычной популярности молниеотводов. Стачала они появились на церковных шпилях, а затем и на других зданиях.

Эта мода на молниеотводы дала толчок множеству оригинальных изобретений, включая даже молниеотводящий зонтик

1980 г. - Бельгийский физик Мелсенс рекомендовал защищать здания, покрывая их металлическими проводами, подключенными к группе шпилей на крыше, и затем заземленных. Это был самая первая "пространственная клетка".

1914 г. - Первые попытки улучшить одиночный молниеотвод венгром Сциллардом и французом Дозером.

1986 г. - В течение нескольких следующих лет исследований, давших значительную информацию о физических основах молний, были разработаны новые типы молниеотводов, создающих более сильную ионизацию вокруг наконечника с помощью электрического оборудования, независимого от какого-либо внешнего источника питания.

Это сделала компания INDELEC. Она решила развить свою новую теорию и первым в мире зарегистрировал патент на технологию PREVECTRON. Немедленное национальное признание этой инициативы пришло в виде двух наград за инновацию.

1996 г. - Молниеотвод PREVECTRON был успешно использован во Франции и по всему миру в течение 10 лет. Проведя в основном в 1993, 1995 и 1996 годах полевые исследовательские кампании в реальных грозовых условиях в США и во Франции вместе с Атомной Энергетической Комиссией Франции, INDELEC разработал новейшее дополнение к своему ряду молниеотводов - PREVECTRON 2.

1999 г. - INDELEC получил сертификат ISO 9002, который был выдан BVQI на производство и маркетинг изделия PREVECTRON.

2000 г. - INDELEC открыл свой первый зарубежный филиал на Американском континенте во Флориде электростатика и магнитостатика

Первые сведения об электричестве и магнетизме

Изучение электрических и магнитных явлений по-настоящему начинается только в XVIII в. Но первые сведения об этих явлениях были известны уже древним. Древние греки знали свойство натертого янтаря притягивать мелкие предметы. Само слово «электричество» происходит от греческого слова «электрон», что значит по-русски янтарь. Древние греки знали также, что существует особый минерал - железная руда (магнитный железняк), способный притягивать железные предметы. 3алежи этого минерала находились возле города Магнесии. Название этого города послужило источником термина «магнит». Древние не исследовали ни электрических, ни магнитных явлений. Однако они попытались дать объяснение этим явлениям. Самое первое объяснение свойств магнита притягивать железо заключалось в том, что магниту приписывалась «душа», которая заставляла магнит притягивать железо или притягиваться к железу. При этом магнит представляли подобно живому существу. Живое существо, например собака, видит кусок мяса и стремится к нему приблизиться. Подобно этому магнит как бы видит железо и стремится к нему притянуться. Это объяснение весьма примитивно с нашей точки зрения. Однако такого рода объяснения, когда предметы неживой природы одушевлялись, были характерными для древних, которые верили в существование целого ряда богов, духов и т. д. Но в древности начала развиваться и материалистическая философия. Философы-материалисты Древней Греции отвергали существование духов и пытались объяснить все явления природы естественными законами. Они учили, что все тела состоят из мелких материальных неделимых частиц - атомов. По их мнению, кроме атомов и пустоты, в которой атомы движутся, ничего не существует. Все явления природы объясняются движением атомов. Само слово «атом» греческого происхождения. Оно означает «неделимый». Философы, верившие в существование атомов, из которых состоит природа, получили название атомистов. Одним из родоначальников этой философии был древнегреческий философ Демокрит (460 - 370 до н. э. ). Философы-атомисты пытались дать объяснение электрическим и магнитным явлениям без обращения к специальным «душам» и «духам».

ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ЛЮДЯМ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПОРАЖЕНИЯ МОЛНИЕЙ ЛЮДЕЙ.

чтобы обезопасить себя от попадания молнии следует выполнять ряд мер предосторожности:

Человеку нужно стараться не находиться на улице во время грозы, а если же это произошло то следует отключить все предметы излучающие э. магнитные волны и радио волны (сотовые телефоны) находящиеся при человеке. 2) Не следует во время грозы находится близко к деревьям и высоким объектам т. к. обычно молния бьет именно в такие объекты. А также нужно при первой же возможности отправиться домой. Если же молния попала в человека, то в 90% случаях человек погибает. Если человек не погиб то его нужно положить на твердую плоскую поверхность, и вызвать скорую помощь.

ПОНЯТИЕ О МОЛНИЕОТВОДЕ

МОЛНИЕОТВОД, громоотвод, устройство для защиты зданий, промышленных, транспортных, коммунальных, с. -х. и других сооружений от ударов молнии. М. состоит из электрода в виде тонкого, заострённого на конце металлического стержня, устанавливаемого над защищаемым объектом (стержневой М. ), или в виде провода (троса), обычно протягиваемого над линиями электропередачи (тросовый М. — грозозащитный трос), и из надёжного заземления с общим сопротивлением не более 10—20 ом. Защитное действие М. в значительной степени зависит от размеров т. н. защитной зоны, границей которой является геометрическое место точек, ограничивающее пространство, внутри которого вероятность прямого удара молнии равна 10-3—10-4 (М. перехватывает более 99 % молний).

Защитная зона одиночного стержневого М. (рис. ) близка по форме к конусу с углом при вершине 45°, у одиночного тросового М. защитная зона имеет форму трёхгранной призмы, ребром которой служит трос. При наличии двух и более М. объект может оказаться защищенным даже в том случае, если он не находится внутри защитных зон, т. к. вероятность поражения объекта при этом значительно снижается. На электрических подстанциях для отвода токов молнии обычно используются рабочие заземления.

Достаточной защитой от молнии небольших жилых домов или других зданий с металлическими крышами является надёжное заземление крыши. Здания с центральным отоплением, водопроводом и подземной электропроводкой практически являются защищенными от молний и не нуждаются в специальных Молниеотводах.

Для защиты помещений, в которых возможно образование взрывоопасных смесей, пыли, паров, газов, применяют изолированные от здания, преимущественно отдельно стоящие стержневые М. , расположенные так, что все части здания оказываются в зонах их защиты. При этом каждый М. должен иметь свой отдельный заземлитель.

Молниеотводы

Как работает активный молниеотвод?

Перед ударом молнии на поверхности земли всегда возникает электрическое поле возрастающей интенсивности, по мере приближения нисходящего разряда. Как только напряженность поля достигает определенного уровня – между 50 и 100 кВ на метр –возникает коронное свечение. В природе такое свечение наблюдается на верхушке любой возвышенности. Оно и приводит к разрядам – известным как восходящие разряды – направляющимся к облаку (смотрите предыдущий раздел о феномене молнии).

Расположение ионизированного канала, по которому происходит прохождение тока молнии, определяется тем, где восходящий разряд вступает в контакт с первым нисходящим разрядом из облака.

Чем скорее поднимающийся разряд покинет стержень молниеотвода, чтобы устремиться к облаку, тем скорее он достигнет нисходящего разряда и тем выше шансы возникновения контакта с ним, нежели с другими поднимающимися разрядами с ближайших высоких точек. Очевидно, что стартовая точка первого восходящего разряда определяет точку удара молнии в землю. Молниеотвод излучения раннего стримера был разработан, чтобы обеспечить оптимальные условия для формирования такого поднимающегося разряда.

Для этого необходимы следующие условия:

• Присутствие первичных электронов на верхушке стержня: эти электроны, выделяющиеся в форме плазмы, способствуют формированию поднимающегося разряда.

• Ионизированная плазма, сформированная в правильный момент, когда молния готова к удару, другими словами, в момент нарастания напряженности электрического поля на уровне земли.

Испытания молниеотводов в реальных грозовых условиях.

Испытания PREVECTRON

Полевые испытания в реальных грозовых условиях

Фотографии: (1) место испытаний, (2) стартовая площадка, (3) удар молнии

В течение последних 3 лет, INDELEC работал над беспрецедентным испытанием PREVECTRON-а в реальных грозовых условиях, чтобы установить связь между тестами, проведенными в высоковольтной лаборатории, и тестами на месте. Комиссия по атомной энергии - Французский Совет по ядерной энергии в Гренобле были привлечены, чтобы провести испытания и их результаты описаны ниже. Полная копия этого запроса доступна по запросу.

Объект полевых испытаний. Испытания преследовали три основных цели:

1. Подтвердить преимущества PREVECTRON-а, измеренные в лаборатории.

Для этого и PREVECTRON, и одиночный стержень были подвержены воздействию природной молнии в идентичных условиях и их реакции были измерены, в частности, в момент непосредственно перед ударом молнии, то есть в момент начала формирования восходящего лидера. Чтобы достичь этого, были использованы как молния, естественно образовавшаяся поблизости, так и вызванная молния, для того, чтобы увеличить проявление необходимой активности молниеотводов. Процедура запуска состояла из выжидания подходящего момента во время грозы, а затем запуска ракеты в направлении облаков. Ракета несла тонкую, покрытую кевларом медную проволоку, которая разматывалась по мере подъема ракеты. Таким образом, было возможно замкнуть облако с землей. Чтобы полученные здесь вспышки были как можно ближе к натуральному явлению, проволока содержала изолированную секцию (метод "молниевой ракетной системы с высотным заземлением"). Таким образом, были получены более приемлемые удары молнии, которые было легче сориентировать вокруг молниеотводов во время теста.

2. Проверка, что PREVECTRON работает правильно.

Уникальная особенность работы PREVECTRON-а заключается в его триггерной системе, которая чувствует темп нарастания электрического поля и запускает разрядное устройство строго в нужный момент. Серия инструментов позволяет отслеживать работу триггера во время увеличения напряженности электрического поля при зарождении реального удара молнии.

3. Проверка сопротивления PREVECTRON реальным ударам молнии.

PREVECTRON подвергался большому количеству попаданий молний в условиях, идентичных и даже более суровых, чем те, которые могут иметь место в жизни изделия. Это дало возможность проверить:

• его механическую стойкость;

• его сопротивление электродинамическому воздействию;

• способность триггерной системы сопротивляться наведенному избыточному напряжению.

Тестовые процедуры

Испытанные молниеотводы были размещены на вертикальных мачтах, установленных на земле. Мачты были размещены на равных расстояниях от системы запуска ракет, но достаточно близко одна к другой, чтобы подвергаться воздействию одинакового электрического поля, генерируемого при разряде. Стержни молниеотводов имели коаксиальный шунт и были связаны волоконно - оптическим кабелем с измерительной системой, которая отслеживала и записывала электрическую активность на верхушке стержней молниеотводов как изменения электрического поля.

Результаты

Несколько полевых сессий, проведенных в месте Кемп Блэйдинг, во Флориде в 1993, 1994 и 1995 годах, дали много полезных и интересных результатов. Три из типичных зарегистрированных сценариев приведены ниже.

1. Демонстрация способностей PREVECTRON.

На этих диаграммах электрическая активность одиночного стержня может быть сравнена с такой же активностью PREVECTRON-а , когда оба были подвержены в один и тот же момент воздействию одинаковых электрических полей. Ток, больший чем 1 А, может быть ясно виден на конце PREVECTRON-а, появляясь на несколько мкС раньше первого возвратного удара. Когда это происходит, одиночный стержень остается неактивным.

Это один из примеров натурных возможностей PREVECTRON.

2. Демонстрация того, как работает PREVECTRON: .

На этой диаграмме отражено срабатывание PREVECTRON-а отмеченное серым каждый раз, когда электрическое поле, отмеченное голубым, нарастает. Это натурное подтверждение того, как хорошо PREVECTRON работает в реальных условиях.

3. Демонстрация сопротивления PREVECTRON-а ударам молнии:

После воздействия 8 грозовых разрядов, каждый более чем 10 000 А, стандартный PREVECTRON был проверен и признан находящимся в безупречном рабочем состоянии. Это натурное подтверждение высокой стойкости PREVECTRON-а.

Картинка: PREVECTRON после воздействия 8 грозовых разрядов, каждый более чем 10 000 А.

Под графиками: PREVECTRON: первый молниеотвод излучения раннего стримера, удачно прошедший как лабораторную оценку качества, так и опыт с натуральной грозой.

Виды Громоотводов

Различные типы молниеотводов Инделек. PREVECTRON Молниеотводы излучения раннего стримера E. S. E. L. C.

Молниеотвод E. S. L. E. C. – это улучшенная версия одностержневого молниеотвода, использующая последние достижения в области молниезащиты. Система, предлагающая защиту от молний с помощью PREVECTRON E. S. E. L. C. состоит из следующих частей:

- молниеотвод PREVECTRON излучения раннего стримера ( ESE молниеотвод);

- один или два проводника, связывающих ESE молниеотвод с землей;

- одна или две точки заземления для проводки и рассеивания тока молнии.

Для защиты крупных объектов может быть использовано несколько отдельных молниеотводов E. S. E. L. C.

Конструкция молниеотводов и используемые материалы должны соответствовать стандарту и инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО 153-34. 21. 122-2003.

Молниеотводы PREVECTRON E. S. E. L. C. могут быть использованы для защиты открытых пространств, таких как, например, хранилища или зоны отдыха. Руководство по установке и примеры разновидностей защиты предлагаемой системами PREVECTRON E. S. E. L. C. , вы можете узнать у специалистов компании «Мегапроф».

Одностержневые молниеотводы

Одностержневые молниеотводы состоят из наконечника, заземляющего проводника и заземления. Эти молниеотводы позволяют защищать лишь небольшие здания. Конструкция одностержневых молниеотводов и используемые материалы должны соответствовать стандарту и инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО 153-34. 21. 122-2003.

Молниеотводы "пространственная клетка"

«Пространственная клетка» состоит из проводящей сети, которая защищает строения, находящиеся внутри нее. Она состоит из ячеек примерно 15 на 15 метров, расположенных на крыше, с рядом небольших воздушных наконечников (от 30 до 50 см высотой), и подключенных к заземлению проводниками с шагом около 15 метров. Каждый заземляющий проводник имеет свою собственную отдельную точку заземления, которые по кругу под землей соединяются кольцом.

Конструкция «пространственных клеток» и используемые материалы должны соответствовать стандарту и инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО 153-34. 21. 122-2003.

Натяжные молниеотводы

В некоторых условиях такие установки иногда предпочтительнее. Такая установка представляет собой ряд натянутых проводников над зоной защиты, в соответствии с электрогеометрической моделью. Все прочие процедуры по монтажу такого типа систем должны соответствовать стандарту и инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО 153-34. 21. 122-2003.

Современные системы молниезащиты

На данный момент существует несколько эффективных принципиальных схем систем молниезащиты:

1. одностержневые пассивные молниеотводы. Представляют собой металлические пруты, установленные над крышей и соединенные проводящим кабелем с точками заземления, через которые и происходит безопасное рассеивание заряда. Не дают абсолютной гарантии защиты от удара, подходят лишь для небольших зданий несложной архитектуры;

2. молниеотводы типа “пространственная клетка”. Металлическая сеть из ячеек, которую “набрасывают” на строение. Молниезащита обеспечивается достаточно надежная (даже для больших зданий), однако внешний вид строения такая система может испортить, что во многих случаях неприемлемо;

3. активные молниеотводы. Основанны на принципе “встречного разряда”. Имеют стопроцентную надежность, способны защищать достаточно большую площадь, не портя при этом – в отличие от “пространственной клетки” – эстетики строения.

PREVECTRON® 2

Компания INDELEC уже почти 50 лет занимается разработкой оборудования, предназначенного для эффективной молниезащиты. Результатом исследований стал выпуск громоотвода ранней поточной эмиссии PREVECTRON® 2. Он обеспечивает максимальную защиту от прямого попадания молнии. Установив PREVECTRON® 2, вы можете быть спокойны за сохранность своего дома.

Принцип действия устройства

Принцип действия громоотвода PREVECTRON® 2 следующий: устройство заряжается, используя окружающее электрическое поле, реагирует в момент удара молнии и защищает от нее все объекты, находящиеся в пределах территории действия. Громоотвод PREVECTRON® 2 является полностью автономной системой и обеспечивает эффективную молниезащиту без необходимости зарядки от внешнего источника электропитания.

Многократные эксперименты подтвердили тот факт, что защита от молнии, обеспечиваемая громоотводом ранней поточной эмиссии PREVECTRON® 2, более эффективна, нежели молниезащита пассивного громоотвода. Радиус действия молниеотвода рассчитывается согласно указаниям, разработанным в рамках французского стандарта NFC 17-102, по специальной формуле. Наши подберут оптимальную конфигурацию устройства, исходя из планируемого радиуса защиты, и произведут установку всего необходимого оборудования.

Преимущества PREVECTRON® 2

• Возможность подбора оптимального решения для каждого конкретного проекта.

• Автономная работа.

• Безотказная и максимально надежная молниезащита в любых климатических условиях.

• Громоотвод становится активным только тогда, когда возникает реальная угроза удара молнии.

• Эффективный инструментарий для установки и обслуживания системы.

• Сверхнадежность приемного наконечника.

• Подтверждение эффективности молниезащиты во время серьезных лабораторных и полевых испытаний.

• Наличие сертификата ISO 9001-2000 (№116884).

Тонкости эксплуатации

• Эффективная молниезащита обеспечивается при установке наконечника на высоте как минимум 2 метра над конструкцией.

• При высоте конструкции до 28 метров надежная молниезащита обеспечивается одним простым молниеотводом.

• Показатель сопротивления системы заземления должен быть не менее 10 Ом.

• Активность устройства можно записать, если установить специальный счетчик.

• Пользователям, желающим регулярно проверять эффективность молниезащиты, рекомендуем приобрести специальное устройство-тестер, также реализуемое компанией INDELEC.

Громоотвод PREVECTRON® 2 – надежное устройство для эффективной молниезащиты. Эксплуатация его предельно проста, обслуживание – минимально. Сделав выбор в пользу PREVECTRON® 2, вы гарантированно защитите объект от неожиданного удара молнии.

PREVECTRON® 2 – эффективная молниезащита всегда и везде.

Явление молнии очень сложный и опасный процесс, поэтому молниезащита занимает приоритетную задачу у людей. Поэтому можно провести опыт в лабораторных условиях и увидеть реально действующий молниеотвод, и его защиту различных объектов.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)