Piorunochron
Piorunochron to instrument, którego zadaniem jest przyciąganie zjonizowanego promienia z powietrza w celu skierowania wyładowania w kierunku ziemi w taki sposób, aby nie powodował szkód dla ludzi lub budynków. Został wynaleziony w 1752 roku przez Benjamina Franklina . Pierwszy model znany jest jako „piorunochron Franklina” na cześć jego wynalazcy.
.jpg)
Historia
W 1749 Benjamin Franklin rozpoczął swoje eksperymenty z elektrycznością ; bronił hipotezy, że burze są zjawiskiem elektrycznym i zaproponował skuteczną metodę, aby to udowodnić. W 1753 r. wynalazł w Ameryce piorunochron [ 1 ] i być może samodzielnie wynalazł go również czeski Prokop Diviš w 1754 r. [ 2 ]
W 1752 roku Franklin opublikował w Londynie , w swoim słynnym almanachu ( Poor Richard's Almanack ), artykuł, w którym zaproponował ideę zastosowania spiczastych stalowych prętów na dachach w celu ochrony przed uderzeniami pioruna. Jego teorię wypróbowano w Anglii i Francji jeszcze zanim sam przeprowadził swój słynny eksperyment z latawcem w 1752 r. Wynalazł piorunochron i wprowadził tak zwaną teorię jednego płynu, aby wyjaśnić dwa rodzaje elektryczności atmosferycznej, dodatnią i ujemną.
Odtąd narodziły się piorunochrony, które wbrew nazwie miały przyciągać wyładowania, a następnie sprowadzać je do ziemi, gdzie nie powoduje uszkodzeń. Zaufanie do ochrony było tak duże w społeczeństwie, że nieświadomie nie brali pod uwagę swojego ryzyka i zaprojektowano nawet estetyczne parasole z wbudowanymi piorunochronami.
W 1753 roku Rosjanin Georg Wilhelm Richmann śledził badania Franklina, aby zweryfikować efekt ochronny, ale w swoim dochodzeniu uderzył go piorun, gdy był podekscytowany i zwabiony przez piorunochron, i doznał śmiertelnego porażenia prądem, gdy manipulował jego częścią. instalacja piorunochronu.
W 1919 roku Nikola Tesla poprawnie zdefiniował zasadę działania piorunochronu i obalił teorie i techniki Benjamina Franklina oraz jego patent. Od tego czasu przemysł piorunochronowy ewoluował i produkowane są modele o różnych konstrukcjach, takie jak piorunochrony jednopunktowe , wielopunktowe lub elektronicznie-punktowe , ale wszystkie z tą samą fizyczną zasadą działania: jonizacja powietrza z pole naturalnej energii elektrycznej generowanej na ziemi przez burzę, z zasadą wzbudzania i przechwytywania piorunów, które mogą spaść na chroniony obszar. Instalacja piorunochronowa składa się zasadniczo z trzech elementów: elektrody przechwytującej (piorunochronu), elektrycznego połączenia uziemiającego i kabla elektrycznego do przewodzenia prądu piorunowego z piorunochronu do uziemienia.
Struktura i działanie
Instalacje piorunochronowe składają się z masztu metalowego ( stal nierdzewna , aluminium , miedź lub stal ) z głowicą kolektora. Głowica ma wiele kształtów w zależności od pierwszego użycia: może być spiczasta, wielopunktowa, półkulista lub kulista i musi wystawać ponad najwyższe partie budynku, aby nie spowodować uszkodzeń dużej ilości ładunku elektrycznego, np. pożaru, a nawet śmierć ludzi lub zwierząt. Głowica jest połączona z uziemieniem elektrycznym za pomocą jednego lub więcej kabli miedzianych, stalowych lub aluminiowych. Uziemienie jest budowane za pomocą metalowych prętów, które działają jak elektrody w ziemi lub za pomocą przewodzących metalowych płyt, które również są zakopane . W zasadzie przyjęto, że piorunochron chroni teoretyczną strefę stożkową z wierzchołkiem na głowicy, gdzie promień strefy ochronnej zależy od kąta rozwarcia stożka, a to z kolei zależy od każdego rodzaju ochrony. Jednak z biegiem czasu zaobserwowano, że sposób obliczania obszaru chronionego jest bardziej złożony (odniesienia do UNE21186, CTE, UNE-EN62305). Instalacje piorunochronowe są regulowane w każdym kraju przez wytyczne lub normy.
Głównym celem tych systemów jest zmniejszenie szkód, jakie mogą spowodować uderzenia pioruna w inne elementy. Wiele przyrządów jest podatnych na wyładowania elektryczne, zwłaszcza w sektorze telekomunikacji, elektromechaniki, automatyzacji procesów i usług, gdy jest burza z aktywnością elektryczną od wyładowań atmosferycznych. Prawie wszystkie urządzenia elektroniczne zawierają elementy wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne i nagłe zmiany prądu. Najważniejszym źródłem promieniowania elektromagnetycznego jest wyładowanie piorunowe w elemencie metalowym lub w jego przypadku w piorunochronie.
Aby instalacja odgromowa była bezpieczna, wszystkie jej elementy muszą być zgodne z odpowiednimi przepisami, zarówno pod względem właściwości, jak i montażu.
Inne rodzaje piorunochronów
Wielokrotny piorunochron z kompensacją pola elektrycznego (CMCE)
Jest to wysokiej technologii system ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi, posiada pasywny czujnik przeznaczony do równoważenia i kompensowania przez cały czas zmiennego pola elektrycznego istniejącego w środowisku, generowanego przez zjawiska atmosferyczne, niwelując w ten sposób zaawansowane tworzenie się znacznika wstępującego, unikając uderzenie pioruna o konstrukcję, generowanie osłony ochronnej w jej obszarze pokrycia, odprowadzanie ładunków elektrycznych do systemu uziemienia, o prądzie w skali miliamperów (nieszkodliwy). Model ten posiada certyfikaty badań laboratoryjnych oraz norm obowiązujących na całym świecie.
„W oparciu o zasady działania piorunochronu stworzonego przez naukowca Nikolę Teslę w jego patencie 1 266 175, przedstawionym przez niego w 1918 roku, piorunochron o większym bezpieczeństwie i funkcjonalności, który bardzo różni się od konwencjonalnego, ponieważ generalnie generuje niepewność ze względu na potężną energię podczas zrzutu do gruntu, a przede wszystkim kosztowne straty, jak mówi dr Nikola Tesla”. cmce jest rozwiniętą ewolucją prymitywnego piorunochronu stworzonego przez fizyka, który dejonizuje i równoważy ładunki atmosferyczne przez cały czas poprzez swoje kompensatory.
Naładowany elektrostatycznie dejonizujący piorunochron
Niektórzy autorzy [ 4 ] twierdzą, że dzięki swojej konstrukcji piorunochron dejonizujący ładunek elektrostatyczny anuluje pole elektryczne w konstrukcjach, hamując w ten sposób powstawanie wyładowań atmosferycznych w chronionym obszarze, przewidując proces powstawania piorunów, osłabiając energię elektryczną . obecne pole , w słabych prądach, które wyciekają do ziemi i zapobiegają możliwym uderzeniom pioruna w konstrukcje. Inni autorzy twierdzą, że ich obecność nie stanowi innej ochrony niż konwencjonalna piorunochron. [ 5 ] W związku z tym stwierdzono, że:
„Nie ma teoretycznych ani eksperymentalnych dowodów potwierdzających możliwość zapobiegania powstawaniu piorunów lub rozszerzania strefy ochronnej poza konwencjonalny czujnik”. [ 6 ]
Badania elektrostatyki atmosfery wykazały, że spiczaste obiekty zanurzone w polu elektrostatycznym o wystarczającej wielkości będą generować wstęgi. Im bardziej punktowy obiekt, tym szybciej zostanie utworzony streamer, tym bardziej konkurencyjny jest ten z punktami we wszystkich kierunkach. W odpowiedzi na to zjawisko spotyka się elementy ochronne o coraz większej liczbie elementów spiczastych, zorientowanych w różnych kierunkach. Elementy zbudowane z prętów otrzymają w nich wyładowania elektryczne, a te, które składają się z setek ostrych igieł w korpusie imitującym szczotkę lub szczotkę, będą kierować prądy elektrostatyczne. Nazywane są rozpraszaczami statycznymi i są coraz częściej stosowane w ochronie konstrukcji metalowych.
Podobnie jak w przypadku piorunochronów CMCE, obecnie nie ma przepisów regulujących produkcję, testowanie i instalację tego typu urządzeń.
Odgromniki w konstrukcjach metalowych i dźwigach
Piorunochrony to niezawodne produkty do ochrony odgromowej dla większości instalacji, z wyjątkiem konstrukcji metalowych. Metalowa konstrukcja jest już mocno narażona na wyładowania atmosferyczne, a dodatkowy piorunochron na niej zwiększa ryzyko uderzenia pioruna. W przypadku zwykłych, betonowych budynków piorunochron przyciąga piorun i przekazuje prąd do przewodu przewodzącego i przepuszcza prąd przez przewodnik do ziemi. Kiedy system piorunochronu jest przyłożony do metalowej struktury, jest ona sama w sobie wystarczająco przewodząca, z dużym metalowym przekrojem, tak że prąd preferuje ją jako ścieżkę, więc przeskakuje nad nią i błyska lub iskuje (rozgorzenie) wokół niej może uszkodzić sprzęt przymocowany do konstrukcji i ludzi w jej pobliżu, zjawisko, które jest sprawdzane w praktyce (lub wymagane jest ułożenie przewodów z przewodami uziemiającymi o dużym przekroju metalowym lepszym przewodnikiem niż wieża, najlepiej pręty wygodnie umieszczone prosto miedziane pręty). Z tego powodu piorunochrony nie nadają się do konstrukcji metalowych, takich jak wieże telekomunikacyjne, wieże radiowo-telewizyjne, żurawie wieżowe, turbiny wiatrowe itp. W nich wyspecjalizowane firmy ochronne umieszczają rozpraszacze statyczne . Jak omówiono w poprzednim rozdziale, naukowe wykazanie jego rzeczywistej skuteczności jest trudne do zweryfikowania i nie istnieje matematyczny model tego zjawiska. Właściciele wież woleli postawić na ochronę za pomocą tych stosunkowo tanich elementów, łatwych w montażu do konstrukcji, nie wymagających okablowania uziemiającego. Przez lata użytkowania, porównując statystyki , będzie można stwierdzić, czy w praktyce to rozwiązanie jest skuteczne, czy nie.
Odgromniki na liniach przesyłowych wysokiego napięcia
Linie przesyłowe wysokiego napięcia mają przewody specjalnie zaprojektowane do ochrony odgromowej. Choć skuteczne, w praktyce nadal obserwuje się uszkodzenia linii ze względu na nieprzewidywalny charakter tych zjawisk naturalnych. Wyjaśnienie, że kabel, będąc okrągły, nie przyczynia się w wystarczającym stopniu do przyciągania wyładowania lub kierowania prądów elektrostatycznych, które wyprzedzają naładowaną chmurę, wydaje się spójne. Piorun rozładowuje się w wysokich i ostrych punktach wież oraz przy załamaniach lub zmianach krzywizny samego kabla. W tych punktach zwraca się szczególną uwagę na zwiększenie ochrony linii i zasobów, takich jak rozpraszacze statyczne .
Odgromnik z kompensacją zmiennego pola elektrycznego (PDCE lub DDCE)
Jest to pasywny układ kolektora przeznaczony do równoważenia i dejonizacji przez cały czas ładunków elektrycznych generowanych przez zjawiska atmosferyczne, spełnia tę funkcję poprzez kompensatory, generując w swoim obszarze pokrycia otoczkę ochronną. Jego zasada działania opiera się na kompensowaniu, równoważeniu zmiennego pola elektrycznego występującego w środowisku, a więc eliminowaniu powstawania znacznika wstępującego, przewidywaniu powstawania wyładowań atmosferycznych, unikaniu uderzenia w konstrukcję, odprowadzaniu ładunków elektrycznych do systemu uziemienia. prąd w skali miliamperów. Model ten posiada certyfikaty badań laboratoryjnych oraz norm obowiązujących na całym świecie.
Piorunochron z urządzeniem torującym
Piorunochron z urządzeniem wyzwalającym to piorunochron, który zawiera urządzenie wyzwalające (PDC), elektroniczne lub nie, co gwarantuje większą wysokość punktu uderzenia pioruna, zwiększając w ten sposób obszar zasięgu i ułatwiając ochronę dużych obszarów, upraszczając i zmniejszenie kosztów instalacji.
Jego działanie opiera się na następującym procesie:
- W warunkach atmosferycznych sprzyjających formowaniu się naładowanych elektrycznie chmur ( cumulonimbus ), gradient atmosferyczny gwałtownie wzrasta, tworząc pole elektryczne o wartości tysięcy woltów /metr między chmurą a ziemią. Podczas tego procesu system PDC wychwytuje i przechowuje energię z atmosfery wewnątrz. Głowica emituje sygnał wznoszący w postaci impulsu o wysokiej częstotliwości ze zmagazynowanej energii, gdy sterowanie obciążeniem wykryje, że zbliża się uderzenie pioruna (wartość napięcia zbliżona do punktu załamania gradientu atmosferycznego). Za pomocą wznoszącego się znacznika zapewniona jest zjonizowana ścieżka o niskiej impedancji dla wyładowania energii zmagazynowanej w chmurze w kierunku ziemi, przez przewód odprowadzający instalacji, neutralizując potencjał ziemi.
- Innym typem jest piorunochron PDCE, który został zaprojektowany w celu skrócenia czasu wyładowania atmosferycznego, co pozwala uzyskać większą zdolność do przechwytywania wyładowań atmosferycznych. Zachowuje wszystkie swoje początkowe właściwości techniczne po każdym pobraniu i nie wymaga zewnętrznego zasilania.
Norma UNE 21186 reguluje ochronę przed piorunami za pomocą piorunochronów z urządzeniem wyzwalającym.
Poziom ochrony jest związany ze skutecznością wymaganą, aby system ochrony odgromowej przechwytywał wyładowania bez zagrożenia dla ludzi, konstrukcji i instalacji. Wskazuje skuteczność systemu ochrony w chronionym woluminie.
Regulamin piorunochronu
Techniczny Kodeks Budowlany
Techniczny Kodeks Budowlany ( CTE) to obowiązkowe ramy regulacyjne w Hiszpanii , które regulują podstawowe wymagania jakościowe, które muszą spełniać budynki, w tym ich wyposażenie, aby spełnić podstawowe wymagania bezpieczeństwa i zamieszkania, w rozwoju przepisów drugiego dodatkowego przepisu Ustawa 38/1999 z 5 listopada o przepisach budowlanych ( LOE ). Ma zastosowanie do nowych prac budowlanych, prac rozbudowy, modyfikacji, reformy lub remontu, zmiany działalności lub użytkowania istniejącego budynku.
W rozdziale użytkowania nr 8 (SU 8) „Bezpieczeństwo przed zagrożeniem spowodowanym działaniem pioruna” wskazano obowiązek instalowania urządzeń do zewnętrznej ochrony przed piorunami, w zależności od wskaźnika zagrożenia instalacji, która ma być chroniona. Ponadto w punkcie B.2 wskazano, że „za każdym razem, gdy instalowany jest piorunochron, obowiązkowe jest posiadanie wewnętrznego systemu ochrony składającego się z urządzeń, które zmniejszają elektryczne i magnetyczne skutki wyładowania atmosferycznego w przestrzeni, która ma być chroniony".
Techniczny Kodeks Budowlany (CTE) określa, że „urządzeniami zbierającymi mogą być szpikulce Franklina, siatki przewodzące i piorunochrony z urządzeniem zalewowym”. [ 7 ]
UNE 21186
Hiszpańska norma UNE 21186 «Ochrona konstrukcji, budynków i terenów otwartych za pomocą piorunochronów z urządzeniami gruntującymi [ 8 ] ” dotyczy ochrony za pomocą piorunochronów z urządzeniami gruntującymi, przed bezpośrednim oddziaływaniem pioruna na obecne konstrukcje i otwarte powierzchnie (powierzchnie magazynowe, rekreacyjne itp.). Podobnie rozważa ochronę przed skutkami prądu piorunowego przechodzącego przez system ochronny. Opisuje również testy, które muszą przejść te piorunochrony, aby sprawdzić ich właściwości (czas wyprzedzenia, który określa ich promień ochrony) oraz upewnić się, że wytrzymują niekorzystne warunki środowiskowe i powtarzające się prądy piorunowe. Wszystko po to, aby jak najskuteczniej chronić ludzi i dobra materialne.
UNE-EN IEC 62305 „Ochrona przed piorunami”
Jest to standard, który składa się z czterech części i reguluje ochronę przed piorunami za pomocą grotów i siatek Franklina.
Norma UNE-EN IEC 62305 -1 określa, że „Nie ma urządzeń ani metod zdolnych do modyfikowania naturalnych zjawisk atmosferycznych w stopniu uniemożliwiającym wyładowania atmosferyczne. [ 9 ] ”
Potrzeba piorunochronów
Błyskawica to zjawisko meteorologiczne, które w zależności od energii podczas wyładowania generuje poważne skutki termiczne, elektryczne i mechaniczne. Znane są pioruny o trajektorii wznoszącej i opadającej, których wartość zmienia się w zależności od aktywności burzy i jej położenia geograficznego. Aktualne wartości jakie mogą pojawić się w pojedynczej błyskawicy wahają się od 5 000 do 350 000 amperów , przy średniej 50 000 amperów. Pory sztormowe są w ciągu roku coraz bardziej rozległe i pojawiają się nawet zimą ; ich rozkład geograficzny jest bardzo zmienny i mogą występować znaczne różnice w cerauicznych mapach aktywności burzowej i gęstości wyładowań atmosferycznych. Przepisy dotyczące ochrony odgromowej (w Hiszpanii UNE-EN62305 i UNE21186) zawierają wytyczne dotyczące obliczania ryzyka konstrukcji i konieczności zainstalowania systemu ochrony odgromowej.
Wysoka intensywność wyładowań atmosferycznych może spowodować zatrzymanie akcji serca lub oddechu w wyniku porażenia prądem żywej istoty z powodu przepływu prądu wyładowania. Bezpośrednie uderzenie pioruna powoduje uszkodzenia konstrukcji (budynki, anteny telekomunikacyjne, przemysł itp.). Uderzenie pioruna rozprasza ciepło dzięki efektowi Joule'a, a zatem może powodować pożary .
Zmiana klimatu jest jedną z głównych przyczyn wzrostu aktywności burzowej i zagęszczenia wyładowań atmosferycznych, a także domyślnego pojawiania się tak wielu wypadków w obiektach chronionych spiczastymi piorunochronami. [ 10 ]
Zwiększona aktywność słoneczna zwiększa aktywność elektryczną atmosfery , generując nieoczekiwane burze elektromagnetyczne i termodynamiczne , które nie pojawiają się w modelach ani prognozach klimatycznych. Ta aktywność elektryczna jest, obok innych znanych zjawisk meteorologicznych, kolejnym wyzwalaczem zwiększonej aktywności wyładowań atmosferycznych z chmury do ziemi lub ziemia-chmura.
Według Światowej Organizacji Zdrowia ( WHO ) kilka organizacji krajowych i międzynarodowych sformułowało wytyczne, które ustalają limity narażenia na pola elektromagnetyczne ( EMF ) w pracy iw miejscach zamieszkania. W tym sensie niniejsze wytyczne mają bezpośredni wpływ na instalacje piorunochronowe, ponieważ zagrażają ciągłości przemysłu i zdrowiu ludzi w pracy.
Zobacz także
Referencje
- ^ Jernegan, MW (1928). „Elektryczny latawiec i piorunochron Benjamina Franklina”. Kwartalnik Nowej Anglii (Kwartalnik Nowej Anglii) 1 (2): 180-196. JSTOR 359764 . doi : 10.2307/359764 .
- ^ Zobacz następujące artykuły ze sprzecznymi poglądami na temat tego niezależnego wynalazku Diviša:
Hujer, Karel (grudzień 1952). „Ojciec Procopius Diviš — europejski Franklin”. Isis 43 (4): 351-357. ISSN 0021-1753 . JSTOR 227388 . doi : 10.1086/348159 . Cohen, I. Bernard ; Schofield, Robert (grudzień 1952). „Czy Diviš zbudował pierwszy europejski piorunochron ochronny i czy jego wynalazek był niezależny?”. Iz 43 (4): 358-364. ISSN 0021-1753 . JSTOR 227389 . doi : 10.1086/348160 .
- ↑ I. Bernard Cohen, Dwustulecie dwóch eksperymentów z piorunami Benjamina Franklina i wprowadzenia piorunochronu, w: Proceedings of the American Philosophical Society , t. 96, nr 3 (20 czerwca 1952), s. 331-366.
- ↑ Rodriguez, Anioł. „Piorunochrony, ich funkcja i możliwości” .
- ↑ „W ochronie odgromowej nie ma magii: systemy transferu ładunku nie zapobiegają wyładowaniom piorunowym”, tekst w języku angielskim autorstwa Williama Risona
- ↑ Cesar Briozzo i Maria Simon. „Niekonwencjonalne piorunochrony” .
- ^ „Kodeks techniczny budowlany (CTE)” .
- ↑ «UNE 21186» .
- ^ "Norma UNE-EN IEC 62305" .
- ↑ Wypadki w obiektach zabezpieczonych spiczastymi piorunochronami (w języku francuskim)
Linki zewnętrzne
Wikimedia Commons posiada kategorię mediów dla piorunochronów .
Wikisłownik zawiera definicje i inne informacje dotyczące piorunochronów .
