Villámhárító
A villámhárító olyan műszer, amelynek célja, hogy a levegőből ionizált sugarat vonzzon , hogy a kisülést a talaj felé vezesse oly módon, hogy az ne okozzon kárt emberekben vagy épületekben. Benjamin Franklin találta fel 1752 - ben . Az első modell „Franklin-villámhárító” néven ismert, feltalálója tiszteletére.
.jpg)
Előzmények
1749-ben Benjamin Franklin megkezdte elektromos kísérleteit ; megvédte azt a hipotézist, hogy a viharok elektromos jelenségek, és hatékony módszert javasoltak ennek bizonyítására. 1753 - ban Amerikában találta fel a villámhárítót [ 1 ] , és talán önállóan a cseh Prokop Diviš is feltalálta 1754-ben [ 2 ]
1752-ben Franklin Londonban közzétett híres almanachjában ( Poor Richard's Almanack ) egy cikket, amelyben azt az ötletet javasolta, hogy hegyes acélrudakat használjanak a tetőkön a villámcsapás elleni védelem érdekében. Elméletét Angliában és Franciaországban már azelőtt kipróbálták, hogy 1752-ben ő maga végrehajtotta híres sárkánykísérletét. Feltalálta a villámhárítót, és bevezette az úgynevezett single-fluid elméletet a légköri elektromosság két típusának, a pozitív és a negatív magyarázatára.
Ettől kezdve születtek meg a villámhárítók, amelyeket a nevükkel ellentétben arra terveztek, hogy magukhoz vonják a kisülést, majd a földre vezessék, olyan helyre, ahol nem okoz kárt. A védelem iránti bizalom olyan nagy volt a társadalomban, hogy öntudatlanul nem vették figyelembe a kockázatokat, sőt esztétikus, beépített villámhárítós esernyőket is terveztek.
1753-ban az orosz Georg Wilhelm Richmann követte Franklin vizsgálatait, hogy ellenőrizze a védőhatást, de vizsgálata során villámcsapás érte, amikor a villámhárító izgatta és vonzotta, és halálos áramütést kapott, amikor egy részét manipulálta. villámhárító szerelés.
Nikola Tesla 1919-ben helyesen határozta meg a villámhárító működési elvét, és megcáfolta Benjamin Franklin és szabadalmának elméleteit és technikáját. Azóta a villámhárító-ipar fejlődött, és különböző kialakítású modelleket gyártanak, például egypontos villámhárítókat , többpontos villámhárítókat vagy elektronikus pontú villámhárítókat , de mindegyik ugyanazzal a fizikai működési elvvel: ionizálja a levegőt a földön a vihar által generált terepi természetes elektromosság, melynek elve gerjeszti és rögzíti a védendő területen esetleg leeső villámokat. A villámhárító installáció alapvetően három elemből áll: egy rögzítő elektródából (villámhárító), egy elektromos földcsatlakozásból és egy elektromos kábelből, amely a villámhárítótól a földcsatlakozásig vezeti a villámáramot.
Felépítés és működés
A villámhárító berendezések fémoszlopból állnak ( rozsdamentes acél , alumínium , réz vagy acél ), kollektorfejjel. A fejnek az első használattól függően sokféle formája van: lehet hegyes, több hegyes, félgömb vagy gömb alakú, és az épület legmagasabb részei fölé kell nyúlnia, hogy megakadályozza, hogy nagy mennyiségű elektromos töltés károkat okozzon, például tüzet vagy akár. emberek vagy állatok halála. A fej egy vagy több réz-, acél- vagy alumíniumkábellel csatlakozik egy elektromos földhöz. A földelést fémrudak segítségével építik ki, amelyek elektródaként működnek a földben, vagy vezetőképes fémlemezekkel, amelyeket szintén eltemetnek. Elvileg azt feltételezték, hogy a villámhárító egy elméleti kúpos zónát véd, amelynek csúcsa a csúcson van, ahol a védőzóna sugara a kúp nyitási szögétől függ, ez pedig az egyes védelemtípusoktól függ. Idővel azonban kiderült, hogy a védett terület kiszámításának módja bonyolultabb (hivatkozások az UNE21186-ra, CTE-re, UNE-EN62305-re). A villámhárító telepítését minden országban ajánlási útmutatók vagy szabványok szabályozzák.
Ezeknek a rendszereknek a fő célja a más elemekbe becsapó villám okozta károk csökkentése. Sok műszer ki van téve az elektromos kisüléseknek, különösen a távközlési, elektromechanikus, folyamatautomatizálási és szolgáltatási szektorban, amikor villámlás okozta elektromos tevékenységgel járó vihar van. Szinte minden elektronikus berendezés tartalmaz olyan alkatrészeket, amelyek érzékenyek az elektromágneses zavarokra és a hirtelen áramingadozásokra. Az elektromágneses sugárzás legfontosabb forrása a villámkisülés egy fémelemben, vagy adott esetben egy villámhárítóban.
Ahhoz, hogy egy villámvédelmi rendszer biztonságos legyen, minden elemének meg kell felelnie a vonatkozó előírásoknak, mind jellemzőit, mind beépítését tekintve.
Más típusú villámhárítók
Többszörös elektromos mezőt kompenzáló villámhárító (CMCE)
Csúcstechnológiás légköri kisülések elleni védelmi rendszer, passzív érzékelővel rendelkezik, amely a környezetben meglévő, légköri jelenségek által generált változó elektromos mezőt mindenkor kiegyenlíti és kompenzálja, így megszakítja a felszálló nyomjelző előrehaladott kialakulását, elkerülve a villámcsapás a szerkezetre, védőburok létrehozása a lefedettségi területén, elektromos töltések levezetése egy földi rendszerbe, milliamperes (ártalmatlan) árammal. Ez a modell rendelkezik a laboratóriumi vizsgálatokra vonatkozó tanúsítványokkal és a szabványos előírásokkal világszerte.
"A Nikola Tesla tudós által az 1 266 175 számú szabadalmában megalkotott villámhárító működési elvein alapul, amelyet ugyanaz a 1918-ban mutatott be. Ez egy nagyobb biztonságú és funkcionalitású villámhárító, amely nagyon különbözik a hagyományostól, mivel általában a bizonytalanságot generálja. Dr. Nikola Tesla szavai szerint a földi rendszerbe történő kisütés során fellépő hatalmas energia és mindenekelőtt költséges veszteségek miatt. A cmce a fizikus által megalkotott primitív villámhárító továbbfejlesztett evolúciója, amely kompenzátorain keresztül mindenkor ionmentesíti és egyensúlyba hozza a légköri töltéseket.
Elektrosztatikusan töltött ionmentesítő villámhárító
Egyes szerzők [ 4 ] azt állítják, hogy kialakításának köszönhetően az elektrosztatikus töltést ionmentesítő villámhárító kioltja az elektromos teret a szerkezetekben, így gátolja a villámlás kialakulását a villámlási folyamat előrejelzésével védett területen, gyengíti az elektromosságot . mező jelen van, gyenge áramlatokban, amelyek a talajba szivárognak, és elkerülik az építményekbe való esetleges villámcsapást. Más szerzők megerősítik, hogy jelenlétük nem jelent más védelmet, mint a hagyományos villámhárító. [ 5 ] E tekintetben kijelentették, hogy:
"Nincs olyan elméleti vagy kísérleti bizonyíték, amely alátámasztja a villámlás megakadályozásának lehetőségét vagy a védelmi zóna kiterjesztését a hagyományos érzékelőn túlra." [ 6 ]
A légkör elektrosztatikáját vizsgálva kimutatták, hogy a kellő nagyságú elektrosztatikus térbe merített hegyes tárgyak streamereket generálnak. Minél hegyesebb az objektum, annál gyorsabban jön létre a streamer, és annál versenyképesebb lesz az, amelyik minden irányban pontokkal rendelkezik. Erre a jelenségre reagálva gyakori, hogy egyre több hegyes elemű, különböző irányban tájolt védőelemet találunk. A rudakból álló elemek fogadják a bennük lévő elektromos kisüléseket, míg azok, amelyek egy kefét vagy kefét utánzó testben több száz éles tűből állnak, vezetik az elektrosztatikus áramokat. Ezeket statikus disszipátoroknak hívják , és egyre gyakrabban használják a fémszerkezetek védelmére.
A CMCE villámhárítókhoz hasonlóan jelenleg nincs olyan szabályozás, amely szabályozná az ilyen típusú eszközök gyártását, tesztelését és telepítését.
Villámhárítók fémszerkezetekben és darukban
A villámhárítók megbízható villámvédelmi termékek a legtöbb telepítéshez, kivéve a fémszerkezeteket. A fémszerkezet már erősen ki van téve a villámnak, és a tetején lévő további villámhárító növeli a villámcsapás kockázatát. A közönséges betonépületeknél a villámhárító vonzza a villámot, és átadja az áramot a vezetővezetéknek, és átengedi az áramot a vezetőn keresztül, és eléri a talajt. Amikor a villámhárító rendszert a fémszerkezetre helyezzük, ez önmagában kellően vezetőképes, nagy fémszelvényű, így az áram azt preferálja útnak, így átugrik rajta és a villogó vagy íves (flashover) körülötte károsíthatja az építményhez rögzített berendezéseket és a közelében tartózkodó személyeket, ami a gyakorlatban igazolt jelenség (illetve a toronynál nagyobb fémszelvénynél jobb vezetővel rendelkező földelővezetékekhez szükséges vezetékeket elhelyezni, lehetőleg kényelmesen egyenesen elhelyezett rudakat rézrudak). Emiatt a villámhárítók nem alkalmasak fémszerkezetekhez, mint például távközlési tornyok, rádió-TV tornyok, toronydaruk, szélturbinák stb. Ezekben a szakértő védelmi cégek statikus disszipátorokat helyeznek el . Ahogy az előző részben is szó volt róla, valódi hatékonyságának tudományos bizonyítása nehezen ellenőrizhető, és a jelenségnek nincs matematikai modellje. A tornyok tulajdonosai inkább arra tippeltek, hogy ezekkel a viszonylag olcsó, a szerkezetekhez könnyen rögzíthető elemekkel biztosítják a védelmet, nem igényelnek földelést. A használat évei során a statisztikák összehasonlításával meg lehet tudni, hogy a gyakorlatban ez a megoldás hatékony-e vagy sem.
Villámhárítók a nagyfeszültségű távvezetékeken
A nagyfeszültségű távvezetékek vezetékei kifejezetten villámvédelemre készültek. Habár hatásos, a gyakorlatban még mindig megfigyelhető vonalkárosodás a természeti jelenségek kiszámíthatatlansága miatt. Az a magyarázat, hogy a kábel kerek lévén nem járul hozzá eléggé a kisülés vonzásához vagy az elektrosztatikus áramok elvezetéséhez, amelyek a feltöltött felhő előtt haladnak, koherensnek tűnik. A villám a tornyok magas és éles pontjain, valamint magának a kábelnek a hajlásainál vagy görbületének megváltozásakor kisül. Ezeken a pontokon különös figyelmet fordítanak a vonalak védelmének növelésére, és olyan erőforrásokat használnak, mint például a statikus disszipátorok .
Változó elektromos mezőt kompenzáló villámhárító (PDCE vagy DDCE)
Ez egy passzív kollektorrendszer, amely a légköri jelenségek által generált elektromos töltések mindenkori kiegyensúlyozására és ionmentesítésére szolgál, ezt a funkciót kompenzátorokon keresztül látja el, védőburkot hozva létre a lefedettségi területén. Működési elve a környezetben meglévő változó elektromos tér kiegyenlítésén, kiegyenlítésén alapul, ezzel megszüntetve a felszálló nyomjelző kialakulását, megelőzve a villámcsapást, elkerülve az építménybe ütközést, az elektromos töltéseket földelő rendszerbe vezetve. egy milliamperes skálájú áram. Ez a modell rendelkezik a laboratóriumi vizsgálatokra vonatkozó tanúsítványokkal és a szabványos előírásokkal világszerte.
Villámhárító alapozóval
A kioldószerkezettel ellátott villámhárító olyan villámhárító , amely elektronikus vagy nem kioldóeszközt (PDC) tartalmaz, amely garantálja a villámcsapás pontjának nagyobb magasságát, ezáltal növeli a lefedettséget és megkönnyíti a nagy területek védelmét, egyszerűsíti, ill. a telepítési költségek csökkentése.
Működése a következő folyamaton alapul:
- Ha az elektromosan töltött felhők ( cumulonimbus ) kialakulásához szükséges légköri feltételek fennállnak, a légköri gradiens gyorsan növekszik, és több ezer volt /méter erősségű elektromos mezőt hoz létre a felhő és a talaj között. A folyamat során a PDC rendszer felfogja és tárolja az energiát a belső légkörből. A fej a tárolt energiából nagyfrekvenciás impulzus formájában emelkedő nyomjelzőt bocsát ki, amikor a terhelésvezérlő villámcsapás közeli állapotát érzékeli (a légköri gradiens töréspontjához közeli feszültségérték). A felszálló nyomkövető segítségével kis impedanciájú ionizált út biztosított a felhőben tárolt energia föld felé történő kisütésére, a berendezés levezető vezetékén keresztül, semlegesítve a földpotenciált.
- Egy másik típus a PDCE villámhárító, amelyet úgy terveztek, hogy csökkentse a légköri kisülés idejét, ami lehetővé teszi, hogy nagyobb kapacitást érjen el a villám rögzítésében. Minden egyes letöltés után megőrzi kezdeti műszaki tulajdonságait, és nem igényel külső tápegységet.
Az UNE 21186 szabvány szabályozza a villámlás elleni védelmet villámhárítókkal, kioldószerkezettel.
A védelmi szint összefügg azzal a hatékonysággal, amely ahhoz szükséges, hogy egy villámvédelmi rendszer elfogja a kisüléseket anélkül, hogy veszélyeztetné az embereket, a szerkezetet és a berendezéseket. A védelmi rendszer hatékonyságát jelzi a védendő köteten belül.
Villámhárító szabályzat
Építési műszaki szabályzat
A Műszaki Építési Szabályzat (CTE) egy kötelező szabályozási keret Spanyolországban , amely szabályozza azokat az alapvető minőségi követelményeket, amelyeknek az épületeknek meg kell felelniük, beleértve a létesítményeiket is, hogy megfeleljenek a biztonság és a lakhatóság alapvető követelményeinek, a második kiegészítő rendelkezés rendelkezéseinek kidolgozása során. 38/1999. november 5-i törvény az építésügyi szabályozásról ( LOE ). Alkalmazható új építési munkákra, bővítési munkákra, átalakításra, reformra vagy rehabilitációra, a meglévő épület tevékenységének vagy használatának megváltoztatására.
A 8. számú használati szakaszban (SU 8) „Biztonság a villámcsapás okozta kockázatokkal szemben” a külső villámvédelmi eszközök felszerelésének kötelezettségét jelzi, a telepítés kockázati indexétől függően. Ezen túlmenően a B.2 pontban kimondja, hogy "villámhárító felszerelésekor kötelező olyan belső védelmi rendszerrel rendelkezni, amely olyan eszközökből áll, amelyek csökkentik a légköri kisülési áram elektromos és mágneses hatásait a vizsgálandó térben. védett".
A Műszaki Építési Szabályzat (CTE) előírja, hogy "a gyűjtőeszközök lehetnek Franklin-pontok, vezetőképes hálók és villámhárítók feltöltőeszközzel". [ 7 ]
UNE 21186
Az UNE 21186 spanyol szabvány „Építmények, épületek és nyílt területek védelme villámhárítókkal és alapozóval [ 8 ] ” az alapozóval ellátott villámhárítók általi védelemmel foglalkozik, a villámcsapásnak a jelenlegi szerkezetekre és nyílt területekre gyakorolt közvetlen hatása ellen. területek (tároló területek, szabadidős területek stb.). Hasonlóképpen a védelmi rendszeren áthaladó villámáram hatásai elleni védelmet is fontolóra veszi. Leírja továbbá azokat a teszteket, amelyeken ezeknek a villámhárítóknak át kell menniük, hogy teszteljék jellemzőiket (az előrehaladási idejüket, amely meghatározza a védelmi sugarukat), valamint hogy megbizonyosodjanak arról, hogy ellenállnak a kedvezőtlen környezeti feltételeknek és az ismétlődő villámáramoknak. Mindezt az emberek és az anyagi javak minél hatékonyabb védelme érdekében.
UNE-EN IEC 62305 "Villám elleni védelem"
Ez egy négy részből álló szabvány, amely Franklin pontok és hálók segítségével szabályozza a villámlás elleni védelmet.
Az UNE-EN IEC 62305-1 szabvány előírja, hogy "Nincsenek olyan eszközök vagy módszerek, amelyek alkalmasak a természeti légköri jelenségek olyan módosítására, hogy megakadályozzák a villámkisülést. [ 9 ] "
Villámhárítók szükségesek
A villámlás olyan meteorológiai jelenség, amely a kisülési energiától függően súlyos termikus, elektromos és mechanikai hatásokat vált ki. Ismertek felszálló és leszálló pályájú villámok, amelyek értéke változó a vihartevékenységtől és annak földrajzi elhelyezkedésétől függően. Az egyetlen villámcsapásban megjelenő áramértékek 5000 és 350 000 amper között vannak, átlagosan 50 000 amperrel. A vihar évszakok év közben egyre kiterjedtebbek és télen is megjelennek ; földrajzi eloszlásuk erősen változó, és jelentős eltérések lehetnek a viharaktivitás és a villámsűrűség keraunikus térképeiben . A villámvédelmi előírások (Spanyolországban UNE-EN62305 és UNE21186) tartalmaznak iránymutatást az építmény kockázatának kiszámítására és a villámvédelmi rendszer telepítésének szükségességére.
A nagy intenzitású villámlás szív- vagy légzésleállást okozhat egy élőlény áramütése miatt, a kisülési áram áthaladása miatt. A villámcsapás közvetlen hatása az építményekben (épületekben, távközlési antennákban, iparban stb.) okoz károkat. A villámcsapás a Joule-effektus révén elvezeti a hőt, és ezért tüzet okozhat .
Az éghajlatváltozás az egyik fő oka a viharaktivitás és a villámok sűrűségének növekedésének, és alapesetben a sok balesetnek a hegyes villámhárítókkal védett létesítményekben. [ 10 ]
A megnövekedett naptevékenység növeli a légkör elektromos aktivitását , váratlan elektromágneses és termodinamikai viharokat generálva , amelyek nem jelennek meg az éghajlati modellekben vagy az előrejelzésekben. Ez az elektromos aktivitás más ismert meteorológiai jelenségek mellett a felhő-föld vagy a talaj-felhő villámtevékenységének egy másik kiváltója.
Az Egészségügyi Világszervezet ( WHO ) szerint több nemzeti és nemzetközi szervezet is megfogalmazott olyan irányelveket, amelyek határértékeket határoznak meg az elektromágneses mezőknek ( EMF ) a munkahelyen és a lakóhelyen. Ebben az értelemben ezek az irányelvek közvetlenül érintik a villámhárító berendezéseket, mivel veszélyeztetik az ipar folytonosságát és a munkahelyi emberek egészségét.
Lásd még
Hivatkozások
- ^ Jernegan, MW (1928). "Benjamin Franklin "Elektromos sárkánya" és Villámhárítója. The New England Quarterly (The New England Quarterly) 1 (2): 180-196. JSTOR 359764 . doi : 10.2307/359764 .
- ^ Lásd a következő cikkeket, amelyek Diviš e független találmányáról ellentmondó nézeteket mutatnak:
Hujer, Karel (1952. december). „Procopius Diviš atya – Az európai Franklin”. Isis 43 (4): 351-357. ISSN 0021-1753 . JSTOR 227388 . doi : 10.1086/348159 . Cohen, I. Bernard ; Schofield, Robert (1952. december). „Diviš felállította az első európai védővillámhárítót, és feltalálása független volt?” Isis 43 (4): 358-364. ISSN 0021-1753 . JSTOR 227389 . doi : 10.1086/348160 .
- ↑ I. Bernard Cohen, Benjamin Franklin két villámkísérletének kétszázadik évfordulója és a villámhárító bevezetése, in: Proceedings of the American Philosophical Society , 96. kötet, 3. szám (1952. június 20.), pp. 331-366.
- ↑ Rodriguez, angyal. "Villámhárítók, funkcióik és lehetőségeik" .
- ↑ "Nincs varázslat a villámvédelemben: a töltésátviteli rendszerek nem akadályozzák meg a villámkisüléseket", William Rison angol szövege
- ↑ Cesar Briozzo és Maria Simon. "Nem szokványos villámhárítók" .
- ^ "Műszaki építési szabályzat (CTE)" .
- ↑ «UNE 21186» .
- ^ "Szabvány UNE-EN IEC 62305" .
- ↑ Balesetek hegyes villámhárítókkal védett létesítményekben (franciául)
Külső linkek
A Wikimedia Commonsnak van egy médiakategóriája a villámhárítók számára .
A Wikiszótár definíciókat és egyéb információkat tartalmaz a villámhárítókkal kapcsolatban .
