Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать о фильме 1938 года, см. « Проводник молний» (фильм) . Для американских горок 2016 см. Lightning Rod (американские горки) . Об американском музыканте см. Джалал Мансур Нуриддин .
Громоотвод в самой высокой точке высокого здания, соединенный с заземляющим стержнем с помощью провода.
Схема простой системы молниезащиты

Стержень молнии ( США , AUS ) или громоотвод ( UK ) представляет собой металлический стержень , установленный на конструкции и предназначен для защиты конструкции от молнии удара. Если молния попадает в конструкцию, она предпочтительно ударит по стержню и проведет его через провод на землю, а не через конструкцию, где она может вызвать возгорание или поражение электрическим током . Громоотводы также называются наконечниками , молниеотводами или устройствами защиты от ударов.

В системе молниезащиты молниеотвод является отдельным компонентом системы. Громоотвод требует заземления для выполнения своей защитной функции. Громоотводы бывают разных форм, в том числе полые, сплошные, заостренные, закругленные, плоские полоски или даже щетинообразные. Основным атрибутом, общим для всех молниеотводов, является то, что все они сделаны из токопроводящих материалов, таких как медь и алюминий . Медь и ее сплавы - самые распространенные материалы, используемые в молниезащите. [1]

История [ править ]

Принцип громоотвода был впервые описан Прокопом Дивишем в Пршеметицах в 1753 году.

«Machina meteorologica», изобретенная Дивишем, работала как громоотвод.
Невьянская башня в России увенчана металлическим стержнем, заземленным через сложную систему арматуры (некоторые видны в подвале)
Самые ранние работы Франклина об электричестве [2]
«Дракон Теслы». Медный громоотвод в Научном центре Тесла на основе изолятора Хемингрея

По мере того, как здания становятся выше, молния становится все более опасной. Молния может повредить конструкции, сделанные из большинства материалов, таких как каменная кладка , дерево , бетон и сталь , потому что огромные токи и напряжения могут нагревать материалы до высокой температуры . Высокая температура может привести к возгоранию конструкции .

Россия [ править ]

Возможно, в Невьянской падающей башне умышленно использовался молниеотвод . Шпиль башни увенчан металлическим стержень в виде позолоченной сферы с шипами. Этот громоотвод заземлен через каркас арматуры , который протыкает все здание.

Невьянская башня была построена между 1721 и 1745 годами по заказу промышленника Акинфия Демидова . Невьянская башня была построена за 28 лет до эксперимента и научного объяснения Бенджамина Франклина. Однако истинное предназначение металлической крыши и арматуры остается неизвестным. [3]

Европа [ править ]

Башня церквей многих европейских городов, которая обычно была самым высоким сооружением в городе, могла быть поражена молнией. Вначале христианские церкви пытались предотвратить разрушительное воздействие молнии с помощью молитв. Питер Алвардс («Разумные и богословские соображения относительно грома и молнии», 1745) советовал людям, ищущим укрытия от молнии, идти куда угодно, кроме церкви или вокруг нее. [4]

Продолжаются споры о том, можно ли считать «метереологическую машину», изобретенную премонстратским священником Прокопом Дивишем и установленную в Пржиметицах недалеко от Зноймо , Моравия (ныне Чешская Республика ) в июне 1754 года, как индивидуальное изобретение громоотвода. Аппарат Дивиша, согласно его частным теориям, был нацелен на полное предотвращение гроз, постоянно лишая воздух излишнего электричества. Однако аппарат был установлен на отдельно стоящем столбе и, вероятно, лучше заземлен, чем громоотводы Франклина в то время, поэтому он служил громоотводом. [5] После местных протестов Дивишу пришлось прекратить свои погодные эксперименты около 1760 года.

Соединенные Штаты [ править ]

В том, что позже стало Соединенными Штатами , заостренный молниеотвод, также называемый аттрактором молнии или стержнем Франклина , был изобретен Бенджамином Франклином в 1752 году в рамках его новаторских исследований электричества . Хотя Франклин не был первым, кто предположил корреляцию между электричеством и молнией, он был первым, кто предложил работоспособную систему для проверки своей гипотезы. [6] Франклин предположил, что с заостренным железным стержнем «электрический огонь, я думаю, будет бесшумно выведен из облака, прежде чем он сможет подойти достаточно близко, чтобы поразить». Франклин размышлял о громоотводах в течение нескольких лет, прежде чем его докладвоздушный змей эксперимент . [ необходима цитата ]

В 19 веке громоотвод стал декоративным мотивом. Громоотводы были украшены декоративными стеклянными шарами [7] (сейчас ценится коллекционерами). Орнаментальная привлекательность этих стеклянных шаров была использована в флюгерах . Однако основная цель этих шаров - предоставить доказательства удара молнии путем разрушения или падения. Если после шторма будет обнаружено, что мяч отсутствует или сломан, владелец собственности должен проверить здание, стержень и заземляющий провод на предмет повреждений.

Шары из цельного стекла иногда использовались для предотвращения ударов молнии по кораблям и другим объектам. Идея заключалась в том, что стеклянные предметы, будучи непроводящими, редко поражаются молнией. Следовательно, согласно теории, в стекле должно быть что-то, что отталкивает молнии. Следовательно, лучший метод предотвращения удара молнии по деревянному кораблю - это закопать небольшой твердый стеклянный шар в вершину самой высокой мачты. Случайное поведение молнии в сочетании с предвзятостью подтверждения наблюдателей обеспечило уверенность в этом методе даже после разработки морского громоотвода вскоре после первоначальной работы Франклина.

Первые молниеотводы на кораблях должны были быть подняты, когда ожидалась молния, и у них был низкий процент успеха. В 1820 году Уильям Сноу Харрис изобрел успешную систему для установки молниезащиты на деревянные парусные корабли того времени, но, несмотря на успешные испытания, начавшиеся в 1830 году, Британский Королевский флот не принял эту систему до 1842 года, к этому времени Императорский флот России уже приняли систему.

В 1990-х годах «точки молнии» были заменены в том виде, в котором они изначально были построены, когда была восстановлена Статуя Свободы на вершине здания Капитолия Соединенных Штатов в Вашингтоне, округ Колумбия . [8] Статуя была спроектирована с использованием нескольких устройств с платиновым наконечником. Монумент Вашингтона также был оборудован множеством молний [9], а в Статую Свободы в гавани Нью-Йорка попадает молния, которая направляется на землю.

Система молниезащиты [ править ]

Система молниезащиты на стартовой площадке космической станции на мысе Канаверал .

Система молниезащиты предназначена для защиты конструкции от повреждений в результате ударов молнии путем перехвата таких ударов и безопасной передачи их чрезвычайно высоких токов на землю . Система молниезащиты включает в себя сеть молниеотводов, соединительных проводов и заземляющих электродов, предназначенных для обеспечения пути с низким сопротивлением к земле для потенциальных ударов.

Системы молниезащиты используются для предотвращения повреждений конструкций при ударах молнии . Системы молниезащиты снижают опасность возгорания, которую удары молнии представляют для конструкций. Система молниезащиты обеспечивает путь с низким сопротивлением для тока молнии, чтобы уменьшить эффект нагрева от тока, протекающего через легковоспламеняющиеся конструкционные материалы. Если молния проходит через пористые и водонасыщенные материалы, эти материалы могут буквально взорваться, если содержащаяся в них вода превратится в пар под действием тепла, выделяемого сильным током. Вот почему деревья часто разрушаются от ударов молнии.

Из-за высоких уровней энергии и тока, связанных с молнией (токи могут превышать 150 000 А), и очень быстрого нарастания удара молнии, никакая система защиты не может гарантировать абсолютную защиту от молнии. Ток молнии будет разделяться, чтобы следовать по каждому проводящему пути к земле, и даже разделенный ток может вызвать повреждение. Вторичных «боковых вспышек» может быть достаточно, чтобы зажечь огонь, взорвать кирпич, камень или бетон или нанести ранения находящимся внутри строения или здания. Однако преимущества основных систем молниезащиты очевидны уже более века. [10]

Лабораторные измерения эффектов [любого исследования молнии] не масштабируются для приложений, связанных с естественной молнией. [11] Полевые приложения в основном были получены методом проб и ошибок на основе наилучших лабораторных исследований очень сложного и изменчивого явления.

Частями системы молниезащиты являются молниеотводы (молниеотводы или устройства защиты от ударов), заземляющие проводники, клеммы заземления (заземляющие стержни, пластины или сетки), а также все соединители и опоры для завершения системы. Воздуховоды обычно располагаются в верхних точках конструкции крыши или вдоль них и электрически связаны друг с другом с помощью соединительных проводов (называемых « токоотводы » или « нисходящие провода »), которые подключаются наиболее прямым путем к одному или нескольким заземляющим проводам. или заземляющие клеммы. [12] Соединения с заземляющими электродами должны иметь не только низкое сопротивление, но и низкую самоиндукцию .

Примером конструкции, уязвимой для молнии, является деревянный сарай. Когда молния попадает в сарай, деревянная конструкция и ее содержимое могут воспламениться из-за тепла, выделяемого током молнии, проходящим через части конструкции. Базовая система молниезащиты обеспечит токопроводящий путь между воздушным выводом и землей, так что большая часть тока молнии будет следовать по пути системы молниезащиты, при этом значительно меньший ток проходит через горючие материалы.

Первоначально ученые полагали, что такая система молниезащиты молниеприемников и «отводов» направляет ток молнии вниз в землю для «рассеивания». Однако высокоскоростная фотография ясно продемонстрировала, что молния на самом деле состоит как из облачного компонента, так и из противоположно заряженного наземного компонента. Во время молнии «облако-земля» эти противоположно заряженные компоненты обычно «встречаются» где-то в атмосфере над землей, чтобы уравновесить ранее несбалансированные заряды. Тепло, выделяемое при протекании электрического тока через горючие материалы, представляет собой опасность, которую системы молниезащиты пытаются уменьшить, обеспечивая путь с низким сопротивлением для цепи молнии.. Никакая система молниезащиты не может полностью «сдерживать» или «контролировать» молнию (и пока что полностью предотвращать удары молнии), но они, похоже, очень помогают в большинстве случаев ударов молнии.

Конструкции со стальным каркасом могут связывать элементы конструкции с землей для обеспечения молниезащиты. Металлический флагшток с основанием в земле - это очень простая система молниезащиты. Однако флаг (ы), развевающийся (ые) со столба во время удара молнии, может полностью сгореть.

Большинство используемых сегодня систем молниезащиты имеют традиционную конструкцию Франклина . [12] Основным принципом, используемым в системах молниезащиты типа Франклина, является обеспечение пути с достаточно низким импедансом, через который молния может пройти и достичь земли без повреждения здания. [13] Это достигается путем окружения здания своего рода клеткой Фарадея . На крыше здания установлена ​​система молниеотводов и молниеотводов, чтобы перехватить любую молнию до того, как она поразит здание.

Защитные конструкции [ править ]

Пейзаж, пригодный для объяснения : (1) изображает "уменьшенную" территорию региона лордом Кельвином [ требуется пояснение ] ; [14] (2) Поверхность концентрична с Землей , так что количества, хранящиеся над ней и под ней, равны; (3) Строительство на участке с чрезмерной плотностью электростатического заряда ; (4) Строительство на участке с низкой плотностью электростатического заряда. (Изображение из патента США 1,266,175 .)
Громоотвод на статуе.

Грозозащитный разрядник [ править ]

Основная статья: грозозащитный разрядник

Грозозащитный разрядник - это устройство, используемое в электроэнергетических и телекоммуникационных системах для защиты изоляции и проводов системы от разрушительного воздействия молнии. Типичный грозозащитный разрядник имеет вывод высокого напряжения и вывод заземления.

В телеграфии и телефонии молниеотвод - это устройство, размещаемое там, где провода входят в конструкцию, чтобы предотвратить повреждение электронных инструментов внутри и обеспечить безопасность людей, находящихся рядом со строениями. Меньшие версии грозозащитных разрядников, также называемые устройствами защиты от перенапряжения , представляют собой устройства, которые подключаются между каждым электрическим проводником в системе питания или связи и землей. Они помогают предотвратить прохождение обычных силовых или сигнальных токов на землю, но обеспечивают путь, по которому протекает ток молнии высокого напряжения, минуя подключенное оборудование. Разрядники используются для ограничения роста напряжения, когда линия связи или линия электропередачи поражена молнией или находится рядом с ударом молнии.

Защита систем распределения электроэнергии [ править ]

Основная статья: Воздушная линия электропередачи § Провода заземления

В воздушных системах электропередачи один или два более легких провода заземления могут быть прикреплены к вершине опор, столбов или опор, которые специально не используются для передачи электроэнергии через сеть. Эти проводники, часто называемые «статическими», «пилотными» или «экранирующими» проводами, предназначены для использования в качестве точек молниезащиты, а не для самих высоковольтных линий. Эти проводники предназначены для защиты основных силовых проводов от ударов молнии .

Эти проводники соединяются с землей либо через металлическую конструкцию столба или башни, либо с помощью дополнительных заземляющих электродов, установленных через равные промежутки времени вдоль линии. Как правило, воздушные линии электропередач с напряжением ниже 50 кВ не имеют «статического» проводника, но большинство линий с напряжением более 50 кВ имеют. Кабель заземления может также поддерживать оптоволоконные кабели для передачи данных.

В старых линиях могут использоваться разрядники для защиты от перенапряжения, которые изолируют проводящие линии от прямого соединения с землей и могут использоваться в качестве линий связи низкого напряжения. Если напряжение превышает определенный порог, например, при подключении молнии к проводнику, оно «прыгает» через изоляторы и переходит на землю.

Защита электрических подстанций столь же разнообразна, как и сами громоотводы, и часто является собственностью электрических компаний.

Молниезащита мачтовых радиаторов [ править ]

Радио тучных радиаторы могут быть изолированы от земли с помощью искрового зазора у основания. Когда молния попадает в мачту, она перескакивает через эту щель. Небольшая индуктивность в линии питания между мачтой и блоком настройки (обычно одна обмотка) ограничивает повышение напряжения, защищая передатчик от опасно высоких напряжений. Передатчик должен быть оснащен устройством для контроля электрических свойств антенны. Это очень важно, так как после удара молнии может остаться заряд, повредивший зазор или изоляторы.

Устройство мониторинга отключает передатчик, когда антенна показывает неправильное поведение, например, в результате нежелательного электрического заряда. Когда передатчик выключен, эти заряды рассеиваются. Устройство мониторинга делает несколько попыток снова включиться. Если после нескольких попыток антенна продолжает вести себя ненадлежащим образом, возможно, в результате повреждения конструкции, передатчик остается выключенным.

Громоотводы и меры предосторожности при заземлении [ править ]

В идеале подземная часть сборки должна находиться в зоне с высокой проводимостью грунта. Если подземный кабель способен хорошо противостоять коррозии , его можно покрыть солью.улучшить его электрическое соединение с землей. В то время как электрическое сопротивление молниеотвода между молниеотводом и землей вызывает серьезную озабоченность, индуктивное реактивное сопротивление проводника может быть более важным. По этой причине маршрут токоотвода остается коротким, а любые изгибы имеют большой радиус. Если эти меры не будут приняты, ток молнии может пройти через резистивное или реактивное препятствие, с которым он встречается в проводнике. По крайней мере, ток дуги повредит молниеотвод и может легко найти другой токопроводящий путь, например, строительную проводку или водопровод, и вызвать пожары или другие бедствия. Системы заземления без низкого удельного сопротивления по отношению к земле по-прежнему могут быть эффективными для защиты конструкции от поражения молнией. Когда грунт имеет плохую проводимость, очень мелкий,или отсутствует, система заземления может быть расширена путем добавления заземляющих стержней,противовес (основное кольцо) проводник, кабель радиалы проецирование от здания или арматурных прутков железобетонных зданий могут быть использованы для провода заземления ( Уфер заземление ). Эти дополнения, хотя в некоторых случаях все же не снижают сопротивление системы, позволяют [рассеивать] молнию в землю без повреждения конструкции. [15]

Необходимо принять дополнительные меры для предотвращения боковых вспышек между проводящими объектами на конструкции или внутри нее и системой молниезащиты. Скачок тока молнии через проводник молниезащиты создаст разницу в напряжении между ним и любыми проводящими объектами, которые находятся рядом с ним. Эта разница напряжений может быть достаточно большой, чтобы вызвать опасную боковую вспышку (искру) между ними, которая может вызвать значительные повреждения, особенно на конструкциях, содержащих легковоспламеняющиеся или взрывоопасные материалы. Самый эффективный способ предотвратить это потенциальное повреждение - обеспечить электрическую непрерывность между системой молниезащиты и любыми объектами, восприимчивыми к боковой вспышке. Эффективное соединение позволит потенциалу напряжения двух объектов одновременно повышаться и понижаться, тем самым устраняя любой риск боковой вспышки.[16]

Проектирование системы молниезащиты [ править ]

Для изготовления систем молниезащиты используется значительный объем материала, поэтому разумно тщательно продумать, где воздушный терминал обеспечит максимальную защиту. Историческое понимание молнии, основанное на заявлениях Бена Франклина, предполагает, что каждый громоотвод защищает конус под углом 45 градусов. [17] Это было признано неудовлетворительным для защиты более высоких конструкций, поскольку молния может ударить по стене здания.

Система моделирования, основанная на лучшем понимании нацеливания на прекращение действия молнии, называемая методом катящейся сферы, была разработана доктором Тибором Хорватом. Это стало стандартом, по которому устанавливаются традиционные системы Franklin Rod. Чтобы понять это, необходимо знать, как «движется» молния. Когда лидер молнии прыгает к земле, он шагает к заземленным объектам, ближайшим к его пути. Максимальное расстояние, которое может пройти каждый шаг, называется критическим расстоянием и пропорционально электрическому току. По объектам может быть нанесен удар, если они находятся ближе к лидеру, чем это критическое расстояние. Принято считать, что радиус сферы около земли составляет 46 м. [18]

Объект, находящийся за пределами критического расстояния, вряд ли будет поражен лидером, если в пределах критического расстояния находится прочно заземленный объект. Места, которые считаются безопасными от молний, ​​можно определить, представив потенциальные пути лидера в виде сферы.который перемещается из облака на землю. Для молниезащиты достаточно рассмотреть все возможные сферы, которые касаются потенциальных точек поражения. Чтобы определить точки удара, рассмотрите шар, катящийся по местности. В каждой точке моделируется позиция потенциального лидера. Скорее всего, молния ударит в том месте, где сфера касается земли. Точки, которые сфера не может перекатить и коснуться, наиболее безопасны от молнии. Грозозащитные устройства следует размещать там, где они не позволят шару коснуться конструкции. Однако слабым местом большинства систем отвода молний является транспортировка захваченного разряда от молниеотвода к земле. [19]Громоотводы обычно устанавливаются по периметру плоских крыш или вдоль вершин скатных крыш с интервалом 6,1 м или 7,6 м, в зависимости от высоты стержня. [20] Если плоская крыша имеет размеры более 15 м на 15 м, дополнительные молниеприемники будут установлены в середине крыши с интервалом 15 м или менее в виде прямоугольной сетки. [21]

Закругленные концы против заостренных [ править ]

Остроконечный громоотвод на здании

Оптимальная форма наконечника громоотвода вызывает споры с 18 века. В период политического противостояния между Великобританией и ее американскими колониями британские ученые утверждали, что громоотвод должен иметь на конце шар, в то время как американские ученые утверждали, что должна быть точка. По состоянию на 2003 год споры не были полностью разрешены. [22] Трудно разрешить спор, потому что надлежащие контролируемые эксперименты практически невозможны, но работа выполнена Чарльзом Б. Муром и др. [23]в 2000 году пролил некоторый свет на эту проблему, обнаружив, что молниеотводы с умеренно закругленными или тупыми наконечниками действуют как чуть более эффективные рецепторы поражения. В результате стержни с закругленными наконечниками устанавливаются в большинстве новых систем в Соединенных Штатах, хотя большинство существующих систем все еще имеют стержни с заостренными наконечниками. Согласно исследованию,

[c] расчеты относительной силы электрических полей над одинаково выставленными острыми и тупыми стержнями показывают, что, хотя поля намного сильнее на кончике острого стержня перед любым излучением, они уменьшаются быстрее с расстоянием. В результате на несколько сантиметров выше кончика тупого стержня диаметром 20 мм напряженность поля выше, чем у аналогичного, более острого стержня такой же высоты. Поскольку напряженность поля на конце заостренного стержня имеет тенденцию ограничиваться легким образованием ионов в окружающем воздухе, напряженность поля над тупыми стержнями может быть намного выше, чем на расстоянии более 1 см от более острых стержней.
Результаты этого исследования показывают, что металлические стержни средней степени затупления (с соотношением высоты кончика к радиусу кривизны около 680: 1) являются лучшими рецепторами удара молнии, чем стержни с более острой или очень тупой поверхностью.

Кроме того, будет иметь значение высота молниезащиты относительно защищаемой конструкции и самой Земли. [24] [25]

Теория переноса заряда [ править ]

Теория переноса заряда гласит, что удар молнии в защищенную конструкцию можно предотвратить, снизив электрический потенциал между защищаемой конструкцией и грозовой тучей. Это делается путем передачи электрического заряда (например, от ближайшей Земли к небу или наоборот). [26] [27] Передача электрического заряда с Земли в небо осуществляется путем установки технических изделий, состоящих из множества точек над конструкцией. Следует отметить, что заостренные предметы действительно передают заряд окружающей атмосфере [28] [29] и что через проводники можно измерить значительный электрический ток, поскольку ионизация происходит в точке, где присутствует электрическое поле, например, когда грозовые облака накладные.

В Соединенных Штатах Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) в настоящее время не делает этого [ когда? ] рекомендуют устройство, которое может предотвратить или уменьшить количество ударов молнии. Совет по стандартам NFPA, после запроса на проект, посвященный системам рассеивающего массива [tm] и системам передачи заряда, отклонил запрос о начале разработки стандартов для такой технологии (хотя Совет не отказался от разработки будущих стандартов после того, как надежные источники продемонстрировали обоснованность базовой технологии и науки). [30]

Теория раннего стримерного излучения (ESE) [ править ]

Громоотвод ESE, установленный в монастыре Святого Николая Анапауса (Μονή του Αγίου Νικολάου), Метеоры , Греция

Теория раннего стримерного излучения предполагает, что если у молниеотвода есть механизм, вызывающий ионизацию вблизи его наконечника, то его область захвата молнии значительно увеличивается. Сначала небольшие количества радиоактивных изотопов ( радий-226 или америций-241 ) использовались в качестве источников ионизации [31] между 1930 и 1980 годами, а затем были заменены различными электрическими и электронными устройствами. Согласно раннему патенту, поскольку потенциалы заземления большинства молниеотводов повышены, расстояние пути от источника до возвышенной точки заземления будет короче, создавая более сильное поле (измеряемое в вольтах на единицу расстояния), и эта конструкция будет более уязвимой к ионизации и пробою. [32]

AFNOR, национальный орган по стандартизации Франции, выпустил стандарт NF C 17-102, охватывающий эту технологию. NFPA также исследовала тему и там было предложение выпустить подобный стандарт в США. Первоначально независимая независимая комиссия NFPA заявила, что «технология молниезащиты [Early Streamer Emission] кажется технически надежной» и что существует «адекватная теоретическая основа для концепции и конструкции воздушного терминала [Early Streamer Emission] с физической точки зрения». смотровая площадка". [33] ). Та же комиссия также пришла к выводу, что «рекомендованная [стандарт NFPA 781] система молниезащиты никогда не была научно или технически подтверждена, а стержневые пневмоострова Франклина не прошли валидацию в полевых испытаниях в условиях грозы».

В ответ Американский геофизический союз пришел к выводу, что «[t] он Bryan Panel практически не проанализировал ни одно из исследований и литературы об эффективности и научной основе традиционных систем молниезащиты и ошибочно пришел к выводу об отсутствии основы для Стандарта. " В своем отчете AGU не пыталась оценить эффективность каких-либо предложенных модификаций традиционных систем. [34] NFPA отозвал предложенный проект редакции стандарта 781 из-за отсутствия доказательств повышения эффективности систем защиты на основе выбросов Early Streamer по сравнению с обычными воздушными терминалами.

Члены научного комитета Международной конференции по защите от молний (ICLP) опубликовали совместное заявление, в котором они высказываются против технологии раннего выброса стримеров. [35] ICLP поддерживает веб-страницу с информацией, касающейся ESE и связанных технологий. [36] Тем не менее, количество зданий и сооружений, оборудованных системами молниезащиты ESE, растет, как и количество производителей воздушных терминалов ESE из Европы, Америки, Ближнего Востока, России, Китая, Южной Кореи, стран АСЕАН и Австралии. . [ необходима цитата ] [37]

Анализ забастовок [ править ]

Удары молнии в металлическую конструкцию могут варьироваться от не оставляющих никаких следов - за исключением, возможно, небольшой ямы в металле - до полного разрушения конструкции. [38] Когда нет доказательств, анализ ударов затруднен. Это означает, что удар по необработанной конструкции должен быть визуально подтвержден, а случайное поведение молнии затрудняет такие наблюдения. [38] [39] [40] [41] Есть также изобретатели, работающие над этой проблемой, [42] [43] например, с помощью ракеты-молнии.. Хотя контролируемые эксперименты могут быть отключены в будущем, очень хорошие данные получаются с помощью методов, в которых используются радиоприемники, которые отслеживают характерную электрическую «сигнатуру» ударов молнии с помощью фиксированных направленных антенн. [44] [45] [46] [47] Благодаря точному времени и методам триангуляции удары молнии могут быть обнаружены с большой точностью, поэтому удары по конкретным объектам часто можно подтвердить с уверенностью.

Энергия удара молнии обычно находится в диапазоне от 1 до 10 миллиардов джоулей . Эта энергия обычно высвобождается в небольшом количестве отдельных ударов, каждый из которых длится несколько десятков микросекунд (обычно от 30 до 50 микросекунд) в течение примерно одной пятой секунды. Подавляющая часть энергии рассеивается в атмосфере в виде тепла, света и звука.

Защитные устройства для самолетов [ править ]

Самолет защищен устройствами, установленными на его конструкции, и конструкцией внутренних систем. Молния обычно входит в самолет и выходит из него через внешнюю поверхность его планера или через статические разрядники . Система молниезащиты обеспечивает безопасные токопроводящие пути между точками входа и выхода, чтобы предотвратить повреждение электронного оборудования и защитить горючее топливо или груз от искр .

Эти дорожки построены из проводящих материалов. Электрические изоляторы эффективны только в сочетании с токопроводящей дорожкой, потому что заблокированная молния может легко превысить напряжение пробоя изоляторов. Композитные материалы состоят из слоев проволочной сетки, чтобы сделать их достаточно проводящими, а структурные стыки защищены путем электрического соединения через стык.

Экранированный кабель и токопроводящие корпуса обеспечивают большую часть защиты электронных систем. Ток молнии излучает магнитный импульс, который наводит ток через любые петли, образованные кабелями. Ток, индуцированный в экране петли, создает магнитный поток через петлю в противоположном направлении . Это уменьшает общий поток через контур и индуцированное напряжение вокруг него.

Молниепроводящий путь и проводящее экранирование несут большую часть тока. Остальная часть обходит чувствительную электронику с помощью ограничителей переходного напряжения и блокируется с помощью электронных фильтров, когда сквозное напряжение становится достаточно низким. Фильтры, как и изоляторы, эффективны только тогда, когда молнии и импульсные токи могут проходить по альтернативному пути.

Защитные устройства для плавсредств [ править ]

Установка молниезащиты на плавсредство состоит из молниезащиты, установленной на вершине мачты или надстройки, и заземляющего проводника, контактирующего с водой. Электрические проводники присоединяются к протектору и спускаются к проводнику. Для судна с проводящим (железным или стальным) корпусом заземляющим проводом является корпус. Для судна с непроводящим корпусом заземляющий провод может быть выдвижным, прикрепленным к корпусу или прикрепленным к шверту .

Оценка риска [ править ]

Некоторые конструкции в большей или меньшей степени подвержены риску поражения молнией. Риск для сооружения является функцией размера (площади) сооружения, высоты и количества ударов молнии в год на милю 2 для региона. [48] Например, небольшое здание с меньшей вероятностью будет поражено, чем большое, и здание в районе с высокой плотностью ударов молнии будет с большей вероятностью, чем здание в районе с низкой плотностью ударов. ударов молнии. Национальная ассоциация противопожарной защиты предоставляет рабочий лист оценки рисков в своем стандарте молниезащиты. [49]

Оценка риска молний Международной электротехнической комиссии (МЭК) состоит из четырех частей: потеря живых существ, потеря услуг населению, потеря культурного наследия и потеря экономической ценности. [50] Гибель живых существ оценивается как самая важная и единственная потеря, принимаемая во внимание для многих несущественных промышленных и коммерческих применений.

Стандарты [ править ]

Внедрение систем молниезащиты в стандарты позволило различным производителям разрабатывать системы защиты по множеству спецификаций. Существует множество международных, национальных, корпоративных и военных стандартов молниезащиты.

  • NFPA -780: «Стандарт на установку систем молниезащиты» (2014 г.)
  • M440.1-1, Защита от грозы и молнии, Министерство энергетики
  • AFI 32-1065 - Системы заземления, Космическое командование ВВС США
  • FAA STD 019e, Требования к защите от молнии и перенапряжения, заземлению, соединению и экранированию для объектов и электронного оборудования
  • Стандарты UL для молниезащиты
    • UL 96: «Стандарт на компоненты молниезащиты» (5-е издание, 2005 г.)
    • UL 96A: «Стандарт требований к установке систем молниезащиты» (двенадцатое издание, 2007 г.)
    • UL 1449: «Стандарт для устройств защиты от перенапряжения» (четвертое издание, 2014 г.)
  • Стандарты МЭК
    • EN 61000-4-5 / IEC 61000-4-5 : «Электромагнитная совместимость (ЭМС) - Часть 4-5: Методы испытаний и измерений - Испытание на устойчивость к скачкам напряжения»
    • EN 62305 / IEC 62305: «Защита от молнии»
    • EN 62561 / IEC 62561: «Компоненты системы молниезащиты (LPSC)»
  • Рекомендации ITU-T серии K : «Защита от помех»
  • Стандарты IEEE для заземления
    • IEEE SA-142-2007: «Рекомендуемая практика IEEE для заземления промышленных и коммерческих энергосистем». (2007)
    • IEEE SA-1100-2005: «Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления электронного оборудования» (2005 г.)
  • AFNOR NF C 17-102 : «Молниезащита - Защита конструкций и открытых площадок от молнии с использованием воздушных терминалов с ранним выбросом кос» (1995)
  • GB 50057-2010 Кодекс проектирования молниезащиты зданий

См. Также [ править ]

  • Комплект заземления
  • Земля (электричество)
  • Вацлав Прокоп Дивиш (1698–1765) - конструктор первого заземленного громоотвода в Пржиметицах у Зноймы в 1750–1754 годах.
  • Джеймс Отис-младший - современник Бена Франклина , убит молнией в дверном проеме в Андовере, штат Массачусетс, 23 мая 1783 года.
  • Аполлон-12 - ракета Сатурн V, в которую ударила молния вскоре после взлета.
  • Автобиография Бенджамина Франклина # Часть первая
  • Мода на громоотвод

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ Медные системы молниезащиты спасают миллиарды жизней; Новости строительства и архитектуры, №80, зима 1995 г .; «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2013-03-15 . Проверено 11 сентября 2012 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  2. ^ I. Бернард Коэн, 200 лет со дня двух экспериментов Бенджамина Франклина с молнией и появления громоотвода, в: Proceedings of the American Philosophical Society, Vol. 96, No. 3. (20 июня 1952 г.), стр. 331–366.
  3. ^ «История арматуры» . Whaley Steel. Архивировано из оригинала на 2011-11-27.
  4. ^ Seckel, Al, и Джон Эдвардс, " Франклин Нечестивой Lightning Rod архивация 2006-05-26 в Wayback Machine ". 1984 г.
  5. ^ См. Следующие две статьи для получения противоречивых мнений о том, что это независимое изобретение Дивиша: Худжер, Карел (декабрь 1952 г.). "Отец Прокопий Дивиш - европейский Франклин". Исида . 43 (4): 351–357. DOI : 10.1086 / 348159 . ISSN 0021-1753 . JSTOR 227388 .
      
    Коэн, И. Бернар ; Шофилд, Роберт (декабрь 1952 г.). «Установил ли Дивиш первый европейский защитный молниеотвод, и было ли его изобретение независимым?». Исида . 43 (4): 358–364. DOI : 10.1086 / 348160 . ISSN  0021-1753 . JSTOR  227389 .
  6. ^ Восстановление Бенджамина Франклина: исследование жизни науки и обслуживания . Издательство Open Court. 1999. ISBN 978-0-8126-9387-4.
  7. ^ " Зал славы античного шара громоотвода ". Приют коллекционеров антикварных бутылок. (коллекция стеклянных молний)
  8. ^ Статуя Свободы http://www.aoc.gov/cc/art/freedom.cfm
  9. ^ Точка памятника: история алюминиевой крышки монумента Вашингтона: функциональное назначение
  10. ^ Стандарт NFPA-780 для установки систем молниезащиты, издание 2008 г.
  11. ^ Vernon Корай (ред.) Молниезащита , Учреждение техники и технологии, 2010, ISBN 978-1-84919-106-7 стр. 240-260, стр 320 
  12. ^ a b Бенджамин Франклин и громоотводы - Physics Today, январь 2006 г. , дата обращения: 1 июня 2008 г., 21:00 по Гринвичу.
  13. ^ Стандарт NFPA-780 для установки систем молниезащиты, издание 2008 г. - Приложение B.3.2.2
  14. ^ Сэр Уильям Томсон, Статьи по электростатике и магнетизму .
  15. ^ Стандарт NFPA-780 для установки систем молниезащиты, издание 2008 г. - Приложение B - B.4.3
  16. ^ Стандарт NFPA-780 для установки систем молниезащиты, издание 2008 г. - Приложение C
  17. ^ Донлон, Тим, « Молниезащита для исторических зданий ». Собор Коммуникации Лимитед, 2001.
  18. ^ Требования к установке систем молниезащиты - UL 96A 4.7.3.4.2
  19. ^ Установка молниезащиты, Патент США 3919956
  20. ^ Требования к установке систем молниезащиты - UL 96A 8.2.2
  21. ^ Стандарт на установку систем молниезащиты 2008 года выпуска - NFPA-780 4.8.2.4
  22. ↑ Ян Годвин (26 марта 2003 г.). «Письмо Франклина королю поклонникам пламени молниеносных дебатов» . ABC Science Online . Австралийская радиовещательная корпорация . Проверено 29 июля 2011 года .
  23. ^ CB Мур, Уильям Rison, Джеймс Матис и Грейдон Aulich, " громоотводом Улучшение Studies ". Журнал прикладной метеорологии: Vol. 39, № 5, с. 593–609. Лаборатория атмосферных исследований им. Ленгмюра, Институт горного дела и технологий Нью-Мексико, Сокорро, Нью-Мексико. 10 апреля 1999 г.
  24. ^ Патент США 1266175 , Тесла, "Молния-Protector".
  25. ^ Патент США 3371144 , Гриск, «трансмиссионная линия молния теплоизолирующих структур». Стр. 25, столбец 5. (ср. […] Заряд на поводке как функция высоты над землей […])
  26. ^ Патент США 6307149 , Ричард Ральф Zini и др., Non-загрязнять систему молниезащиты. Требуйте один и требуйте десять.
  27. ^ Джон Ричард Гамли, Патент США 6320119 , Молниеносные воздушные терминалы и метод проектирования и применения.
  28. ^ Излучатель ионов для молниеотвода с параболическим отражателем, Manuel Domingo Варелым, патентом США 6,069,314 .
  29. ^ Молния-защита для электрических проводников, Johathan Х. Вейл, патент США 357050 .
  30. ^ Кейси С. Грант, « Кому: Заинтересованным сторонам »
  31. ^ Б. Шарпантье, С. Родде: «Вывод из эксплуатации радиоактивных молниеотводов во Франции», Autorité de sûreté nucléaire (ASN) , март 2012 г.
  32. ^ Патент США 1869661 , Bumbraugh, «система защитымолнии и метод».
  33. ↑ Bryan, RG, et al., 1999, «Отчет независимой оценочной комиссии третьей стороны по технологии молниезащиты на раннем этапе испускания стримеров».
  34. ^ Отчет Комитета по атмосферному и космическому электричеству Американского геофизического союза о научных основах для традиционных систем молниезащиты
  35. ^ Мусы Абдул М. « Ученые Противостоять Early Streamer аэровокзалы », 1999.
  36. ^ Веб-страница выпуска ICLP ESE. Архивировано 26 ноября 2013 г. на Wayback Machine.
  37. ^ «Статистика - ILPA» . Intlpa.org. Архивировано из оригинала на 2015-12-24 . Проверено 24 декабря 2015 .
  38. ^ а б Раков и др., Молния: физика и эффекты , с. 364
  39. ^ Мартин А. Уман, Разряд молнии . Courier Dover Publications, 2001. 377 страниц. ISBN 0-486-41463-9 
  40. ^ Дональд Р. МакГорман, Электрическая природа штормов . Oxford University Press (США), 1998. 432 страницы. ISBN 0-19-507337-1 
  41. ^ Ганс Volland, Справочник по атмосферной электродинамике, Том I . CRC Press, 1995. 408 страниц. ISBN 0-8493-8647-0 
  42. ^ Метод и устройство для искусственного срабатывания молнии, Дуглас А. Палмер, патент США 6012330.
  43. ^ Lightning ракеты, Роберт Беттс, патент США 6597559
  44. ^ Система обнаружения молний, ​​Ральф Дж. Марксон и др., Патент США 6 246 367 .
  45. ^ Система обнаружения молний, ​​Airborne Research Associates, Inc., Патент США 5,771,020 .
  46. ^ Система и метод определения местоположения ударов молнии, Соединенные Штаты Америки в лице администратора Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, Патент США 6,420,862
  47. ^ Система с одной станцией и метод определения местоположения ударов молнии, Соединенные Штаты Америки, представленные Национальным управлением США по аэронавтике и исследованию космического пространства, Патент США 6,552,521 .
  48. ^ Стандарт NFPA-780 для установки систем молниезащиты, издание 2008 г. - Приложение L.1.3
  49. ^ Стандарт NFPA-780 для установки систем молниезащиты, издание 2008 г. - Приложение L
  50. ^ Bouquegneau, Кристиан (2011), молниезащиты IEC EN 62305 Standard (PDF) , получены 2 сентября, 2 012 [ постоянная мертвая ссылка ]

Источники [ править ]

  • Владимир А. Раков, Мартин А. Уман, Молния: физика и эффекты . Издательство Кембриджского университета, 2003. 698 страниц. ISBN 0-521-58327-6 . 
  • Дж. Л. Брайан, Р. Г. Бирманн и Г. А. Эриксон, «Отчет независимой комиссии по оценке технологии молниезащиты на раннем этапе стримерного излучения». Национальная ассоциация противопожарной защиты, Куинси, штат Массачусетс, 1999.
  • Китхил, Рич. «Подробнее о громоотводах ...», домашняя страница по молниезащите, сообщение №402. 8 мая 2000 г. (Ответ CB Moore) Первоначально по адресу: https://archive.is/20030115233217/http://www.thomson.ece.ufl.edu/lightning/Moore%20on%20air%20terminals.htm ( мертвая ссылка 11 августа 2017)
  • М.А. Умань и В.А. Раков " Критический обзор нетрадиционных подходов к защите от молний ", Бюллетень Американского метеорологического общества, декабрь 2002 г.
  • Муса, Абдул М. « Война громоотводов », «Электричество сегодня», 2004.
  • Зипсе, Дональд. « Предотвращение ударов молнии с помощью систем передачи заряда », Качество электроэнергии, ноябрь 2001 г.
  • Зипсе, Дональд. «Методы защиты от молний: обновление и признанная дискредитированная система», IEEE Trans. on Industry Applications, 37, 407–414, 2001.
  • Карпентер-младший, Рой Б. « Предотвращение прямых ударов ».

Внешние ссылки [ править ]

  • « Исследователи считают, что лучше всего работают тупые громоотводы ». USA Today , 10 июня 2002 г.
  • Федеральное управление гражданской авиации , " FAA-STD-019d, Защита от молнии и перенапряжения, требования к заземлению, соединению и экранированию для объектов и электронного оборудования ". Национальная транспортная библиотека , 9 августа 2002 г.
  • Китил, Ричард, « Молниеотводы: Недавние исследования ». Национальный институт молниезащиты, 26 сентября 2005 г.
  • Китил, Ричард, « Следует ли устанавливать громоотводы? ». Национальный институт молниезащиты, 26 сентября 2005 г.
  • Китил, Ричард, « Основы молниезащиты ». Национальный институт молниезащиты, 26 сентября 2005 г.
  • Найлен, Ричард Л., « Молниеносная полемика продолжается », The Electrical Apparatus, февраль 2001 г.
  • Страница обучения Lightning Safety Alliance
  • Джон Скофферн , Круг наук Орра , Атмосферное электричество - теория громоотводов. WS Orr 1855.
  • Февраль 1919 г. Популярная научная статья о грозозащитных разрядниках и их использовании в первых системах распределения питания переменного и постоянного тока, «Электрические устройства и как они работают, часть 14: грозозащитные разрядники», ежемесячный журнал Popular Science , февраль 1919 г., 5 ненумерованных страниц, отсканировано Google Книги: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PT17
  • «Действительно ли работают громоотводы?», The Straight Dope , 24 августа 2001 г.