Åskledare

En blixtledare är ett instrument vars syfte är att attrahera en joniserad stråle från luften för att leda utsläppet mot marken, på ett sådant sätt att det inte orsakar skador på människor eller byggnader. Den uppfanns 1752 av Benjamin Franklin . Den första modellen är känd som "Franklin lightning rod", för att hedra sin uppfinnare.

Blixten slår CN Tower blixtledaren i Toronto , Kanada .

Historik

År 1749 började Benjamin Franklin sina experiment på elektricitet ; försvarade hypotesen att stormar är ett elektriskt fenomen och föreslog en effektiv metod för att bevisa det. 1753 uppfann han blixtledare i Amerika och kanske, oberoende av varandra, uppfanns den också av tjecken Prokop Diviš 1754. ]

Franklins äldsta artikel om elektricitet . ]

År 1752 publicerade Franklin i London , i sin berömda almanacka ( Poor Richard's Almanack ), en artikel där han föreslog idén att använda spetsiga stålstänger på tak för att skydda mot blixtnedslag. Hans teori prövades i England och Frankrike redan innan han själv utförde sitt berömda kiteexperiment 1752. Han uppfann blixtledaren och introducerade den så kallade singelvätsketeorin för att förklara de två typerna av atmosfärisk elektricitet, positiv och negativ. .

Från och med då föddes blixtstång som, i motsats till vad deras namn antyder, var designade för att locka till sig urladdningen och sedan leda den till marken, en plats där den inte orsakar skada. Förtroendet för skyddet var så stort i samhället att de omedvetet inte övervägde sina risker, och till och med estetiska paraplyer med inbyggda åskledare designades.

1753 följde ryssen Georg Wilhelm Richmann Franklins undersökningar för att verifiera skyddseffekten, men i sin undersökning träffades han av blixten när han blev upphetsad och attraherad av åskledaren, och fick en dödlig elektrisk stöt när han manipulerade en del av den. installation av åskledare.

År 1919 definierade Nikola Tesla korrekt driftsprincipen för blixtstången och motbevisade teorierna och tekniken från Benjamin Franklin och hans patent. Sedan dess har blixtstångsindustrin utvecklats och modeller av olika konstruktioner tillverkas, till exempel enpunktsblixtledare , flerpunktsblixtledare eller elektroniska blixtledare , men alla med samma fysiska funktionsprincip: jonisering av luften från ett naturligt fält som genereras på marken av stormen, med principen att spännande och fånga blixten som kan falla i området som ska skyddas. En åskledareinstallation består i grunden av tre element: en fångstelektrod (blixtledare), en elektrisk jordanslutning och en elektrisk kabel för att leda blixtströmmen från åskledaren till jordanslutningen.

Struktur och funktion

Diagram över strukturen och driften av en blixtstång.

Åskledareinstallationer består av en metallmast ( rostfritt stål , aluminium , koppar eller stål ) med ett samlarhuvud. Huvudet har många former beroende på dess första operation: det kan vara spetsigt, flerspetsat, halvsfäriskt eller sfäriskt och måste sticka ut över de högsta delarna av byggnaden för att förhindra att en stor mängd elektrisk laddning orsakar skada, såsom brand eller t.o.m. människors eller djurs död. Huvudet är anslutet till en elektrisk jord med hjälp av en eller flera koppar-, stål- eller aluminiumkablar. Jordanslutningen byggs med hjälp av metallstavar som fungerar som elektroder i marken eller med hjälp av ledande metallplåtar som också är nedgrävda. I princip antog man att en blixtledare skyddar en teoretisk konisk zon med spetsen i spetsen där skyddszonens radie beror på konens öppningsvinkel och detta beror i sin tur på varje typ av skydd. Men med tiden såg man att sättet att beräkna det skyddade området är mer komplext (hänvisningar till UNE21186, CTE, UNE-EN62305). Installationer av åskledare regleras i varje land av rekommendationsguider eller standarder.

Huvudsyftet med dessa system är att minska skadorna som kan orsakas av blixtnedslag i andra element. Många instrument är känsliga för elektriska urladdningar, särskilt inom telekommunikation, elektromekanik, processautomation och tjänstesektorn, när det stormar med elektrisk aktivitet från blixtnedslag. Nästan all elektronisk utrustning innehåller komponenter som är känsliga för elektromagnetiska störningar och plötsliga variationer i strömmen. Den viktigaste källan till elektromagnetisk strålning är blixturladdningen i ett metalliskt element eller, i dess fall, i en blixtstång.

För att ett åskskyddssystem ska vara säkert måste alla dess element uppfylla sina respektive föreskrifter, både vad gäller deras egenskaper och deras installation.

Andra typer av åskledare

Multiple Electric Field Compensating Lightning Rod (CMCE)

Det är ett högteknologiskt skyddssystem mot atmosfäriska urladdningar, det har en passiv sensor designad för att hela tiden balansera och kompensera det variabla elektriska fältet som finns i miljön, genererat av atmosfäriska fenomen, och på så sätt avbryta den avancerade bildningen av det stigande spåret och undvika blixtnedslag mot strukturen, genererar ett skyddshölje i dess täckningsområde, dränerar elektriska laddningar till ett jordsystem, i en ström som är på skalan av milliampere (ofarlig). Denna modell har certifieringar för laboratoriestudier och standardföreskrifter över hela världen.

"Baserat på funktionsprinciperna för en blixtstång skapad av forskaren Nikola Tesla i hans patent 1 266 175, presenterad av densamma 1918, en blixtledare med större säkerhet och funktionalitet som skiljer sig mycket från den konventionella, eftersom det generellt genererar osäkerhet på grund av den kraftfulla energin under urladdningen till marksystemet och framför allt kostsamma förluster, enligt Dr Nikola Teslas ord”. cmce är en utvecklad utveckling av den primitiva blixtledaren skapad av fysikern, som avjoniserar och balanserar atmosfäriska laddningar hela tiden genom sina kompensatorer.

Elektrostatiskt laddad avjoniserande blixtstång

Vissa författare hävdar att den elektrostatiska laddningen avjoniserande blixtstången tack vare sin utformning upphäver det elektriska fältet i strukturerna, vilket förhindrar bildandet av blixtar i det område som skyddas genom att förutse blixtbildningsprocessen, för att försvaga den elektriska fält närvarande, i svaga strömmar som läcker till marken och undviker eventuella blixtnedslag på konstruktioner. Andra författare bekräftar att deras närvaro inte utgör ett annat skydd än det som ges av en konventionell åskledare. I detta avseende har det angetts att:

"Det finns inga teoretiska eller experimentella bevis som stöder möjligheten att förhindra blixtbildning eller att förlänga skyddszonen bortom en konventionell sensor." ]

Undersökningar av atmosfärens elektrostatik har visat att spetsiga föremål nedsänkta i ett elektrostatiskt fält av tillräcklig storlek kommer att generera streamers. Ju spetsigare objektet är, desto snabbare kommer streamern att skapas och desto mer konkurrenskraftig är den med punkter i alla riktningar. Som svar på detta fenomen är det vanligt att hitta skyddselement med ett ökande antal spetsiga element, orienterade i olika riktningar. Elementen som består av stänger kommer att ta emot de elektriska urladdningarna i dem medan de som utgörs av hundratals vassa nålar i en kropp som efterliknar en borste eller borste, kanaliserar de elektrostatiska strömmarna. De kallas statiska dissipatorer och används allt oftare för att skydda metallkonstruktioner.

Precis som med CMCE-blixtledare finns det för närvarande inga bestämmelser som reglerar tillverkning, testning och installation av denna typ av anordning.

Blixtledare i metallkonstruktioner och kranar

Blixtledare är pålitliga åskskyddsprodukter för de flesta installationer, förutom metallkonstruktioner. Metallstrukturen är redan hårt utsatt för blixtnedslag och en extra blixtstång ovanpå ökar risken att bli träffad av blixten. För vanliga betongbyggnader drar blixtledaren till sig blixten och överför strömmen till ledartråden och låter strömmen flyta genom ledaren och nå marken. När blixtstångssystemet appliceras på den metalliska strukturen är detta i sig själv tillräckligt ledande, med en stor metallisk sektion, så att strömmen föredrar den som en väg, så den hoppar över den och blinkar eller bågar (flashover) runt den kan skada utrustningen som är fäst vid strukturen och människor nära den, ett fenomen som verifieras i praktiken (eller det krävs att ledare placeras till jordledare med en stor metallsektion som är bättre ledare än tornet, helst stänger som är bekvämt placerade rakt kopparstänger). Av denna anledning är åskledare inte lämpliga för metallkonstruktioner som telekommunikationstorn, radio-TV-torn, tornkranar, vindturbiner, etc. I dessa placerar expertskyddsföretag statiska dissipatorer . Som diskuterats i föregående avsnitt är den vetenskapliga demonstrationen av dess verkliga effektivitet svår att verifiera och det finns ingen matematisk modell av fenomenet. Ägarna av tornen har föredragit att satsa på att ge skydd med dessa relativt billiga element, lätta att fixa till strukturerna, de kräver ingen jordledning. Genom att jämföra statistik under årens lopp kommer det att vara möjligt att veta om denna lösning i praktiken är effektiv eller inte.

Blixtledare på högspänningsledningar

Högspänningsledningar har ledningar speciellt utformade för åskskydd. Även om de är effektiva, observeras i praktiken fortfarande linskador på grund av den oförutsägbara naturen hos dessa naturfenomen. Förklaringen att kabeln, som är rund, inte bidrar tillräckligt för att attrahera urladdningen eller för att kanalisera de elektrostatiska strömmar som går före det laddade molnet verkar sammanhängande. Blixten strömmar ut vid tornens höga och vassa punkter och vid krökningar eller förändringar i själva kabeln. Vid dessa punkter ägnas särskild uppmärksamhet åt att öka skyddet av ledningar och resurser som statiska avledare som används .

Variabelt elektriskt fältkompenserande blixtstång (PDCE eller DDCE)

PDCE/DDCE-drift

Det är ett passivt kollektorsystem designat för att hela tiden balansera och avjonisera de elektriska laddningar som genereras av atmosfäriska fenomen, det fyller denna funktion genom kompensatorer som genererar ett skyddande hölje i dess täckningsområde. Dess funktionsprincip är baserad på att kompensera, balansera det variabla elektriska fältet som finns i miljön, på så sätt avbryta bildandet av det stigande spåret, förutse bildandet av blixtnedslag, undvika påverkan mot strukturen, dränera elektriska laddningar till ett jordsystem. en ström som är på skalan av milliampere. Denna modell har certifieringar för laboratoriestudier och standardföreskrifter över hela världen.

Blixtledare med primeranordning

En blixtledare med en utlösningsanordning är en blixtledare som innehåller en utlösningsanordning (PDC), elektronisk eller inte, som garanterar en större höjd på blixtnedslagspunkten, vilket ökar täckningsområdet och underlättar skyddet av stora områden, förenklar och minska installationskostnaderna.

Dess funktion är baserad på följande process:

När de atmosfäriska förhållandena för bildandet av elektriskt laddade moln ( cumulonimbus ) är närvarande, ökar atmosfärsgradienten snabbt, vilket skapar ett elektriskt fält på tusentals volt /meter mellan moln och mark. Under denna process fångar och lagrar PDC-systemet energi från atmosfären inuti. Huvudet avger ett stigande spår i form av en högfrekvent puls från den lagrade energin när lastkontrollen upptäcker att ett blixtnedslag är nära (spänningsvärde nära brytpunkten för den atmosfäriska gradienten). Med hjälp av det stigande spåret tillhandahålls en lågimpedans joniserad väg för urladdning av energin som lagras i molnet mot jorden, genom installationens nedledare, vilket neutraliserar jordpotentialen.

En annan typ är PDCE-blixtledaren, som designades för att minska tiden för en atmosfärisk urladdning, vilket gör att den kan uppnå större kapacitet för att fånga blixtar. Den behåller alla sina ursprungliga tekniska egenskaper efter varje nedladdning och kräver ingen extern strömförsörjning.

UNE 21186-standarden reglerar skydd mot blixtnedslag med hjälp av blixtstång med utlösningsanordning.

Skyddsnivån är relaterad till den effektivitet som krävs för att ett åskskyddssystem ska kunna fånga upp urladdningar utan risk för människor, för konstruktionen och för installationerna. Indikerar effektiviteten av skyddssystemet inom den volym som ska skyddas.

Det lutande tornet i Nevyansk toppat av en metallstång och jordat med ett komplext system av armeringsjärn.

"Meteorologisk machina", uppfunnen av Václav Prokop Diviš , som fungerade som en blixtledare.

Regler för åskledare

Teknisk byggnadskod

Technical Building Code (CTE) är ett obligatoriskt regelverk i Spanien som reglerar de grundläggande kvalitetskrav som byggnader måste uppfylla, inklusive deras anläggningar, för att uppfylla de grundläggande kraven på säkerhet och beboelighet, i utvecklingen av bestämmelserna i den andra ytterligare bestämmelsen i Lag 38/1999, av den 5 november, om byggreglering ( LOE ). Den är tillämplig på nybyggnadsarbeten, tillbyggnadsarbeten, ändring, reform eller rehabilitering, förändring av verksamhet eller användning av den befintliga byggnaden.

I bruksavsnittet nr 8 (SU 8) «Säkerhet mot risk orsakad av blixtnedslag» anger skyldigheten att installera anordningar för yttre skydd mot åsknedslag, beroende på anläggningens riskindex för att skydda. Dessutom anger den i punkt B.2 att "när en åskledare installeras är det obligatoriskt att ha ett internt skyddssystem som består av anordningar som minskar de elektriska och magnetiska effekterna av den atmosfäriska urladdningsströmmen i det utrymme som ska vara skyddad".

Technical Building Code (CTE) specificerar att "kollektoranordningarna kan vara Franklin-punkter, ledande maskor och blixtledare med en primeranordning". ]

UNE 21186

Den spanska standarden UNE 21186 «Skydd av konstruktioner, byggnader och öppna ytor med hjälp av åskledare med primeranordningar ​» handlar om skydd med hjälp av åskledare med primeranordningar, mot blixtnedslags direkta inverkan på nuvarande konstruktioner och öppna ytor (förrådsområden, fritidsytor etc.). På samma sätt överväger den skydd mot effekterna av blixtström som passerar genom skyddssystemet. Den beskriver också de tester som dessa åskledare måste klara för att testa deras egenskaper (deras förflyttningstid, som bestämmer deras skyddsradie) och för att säkerställa att de tål ogynnsamma miljöförhållanden och upprepade blixtströmmar. Allt detta i syfte att skydda människor och materiella gods så effektivt som möjligt.

UNE-EN IEC 62305 "Skydd mot blixtnedslag"

Det är en standard som består av fyra delar, och reglerar skyddet mot blixtnedslag med hjälp av Franklin-punkter och maskor.

UNE -EN IEC 62305 -1-standarden specificerar att "Det finns inga anordningar eller metoder som kan modifiera naturliga atmosfäriska fenomen till den grad att det förhindrar blixtarladdningar. ​"

Behov av åskledare

Rester av en eukalyptus träffad av blixten.

Blixtnedslag är ett meteorologiskt fenomen som genererar allvarliga termiska, elektriska och mekaniska effekter, beroende på dess energi under urladdning. Blixtar med stigande och nedåtgående bana är kända, som varierar i värde beroende på stormaktiviteten och dess geografiska läge. Aktuella värden som kan visas i en enda blixt varierar från 5 000 till 350 000 ampere , med ett genomsnitt på 50 000 ampere. Stormsäsongerna äro mer och mer omfattande under året och uppträder även på vintern ; deras geografiska utbredning är mycket varierande, och det kan finnas betydande variationer i kerauniska kartor över stormaktivitet och blixtnedslag. Åskskyddsbestämmelserna (i Spanien, UNE-EN62305 och UNE21186) har riktlinjer för beräkning av risken för en konstruktion och behovet av att installera ett åskskyddssystem.

Blixtens höga intensitet kan orsaka hjärt- eller andningsstillestånd genom elektriska stötar av en levande varelse, på grund av urladdningsströmmens passage. Den direkta inverkan av blixtnedslag orsakar skador på strukturer (byggnader, telekommunikationsantenner, industrier, etc.). Blixtens inverkan leder bort värme genom Joule-effekten och kan därför orsaka bränder .

Klimatförändringarna är en av huvudorsakerna till ökningen av stormaktivitet och ökningen av blixtdensitet , och som standard till uppkomsten av så många olyckor i anläggningar skyddade med spetsiga åskledare. ]

Ökad solaktivitet ökar den elektriska aktiviteten i atmosfären och genererar oväntade elektromagnetiska och termodynamiska stormar som inte förekommer i klimatmodeller eller prognoser. Denna elektriska aktivitet är, bland andra kända meteorologiska fenomen, ytterligare en trigger för ökad blixtaktivitet från moln till mark eller markmoln.

Enligt Världshälsoorganisationen ( WHO ) har flera nationella och internationella organisationer formulerat riktlinjer som fastställer gränsvärden för exponering för elektromagnetiska fält ( EMF ) i arbetet och på bostadsorter. I denna mening påverkar dessa riktlinjer direkt åskledareinstallationer, eftersom de äventyrar branschens kontinuitet och människors hälsa på jobbet.

Se även

• hög elektrisk spänning
• elektriskt fält
• Elektricitet
• Elektricitetens historia
• ökar

Externa länkar

• Wikimedia Commons har en mediekategori för blixtstång .
• Wiktionary har definitioner och annan information om blixtstång .