Молниеотвод - Lightning rod

О фильме 1938 года см. Молниеотвод (фильм). Для американских горок 2016 см. Lightning Rod (американские горки). Для американского музыканта см. Джалал Мансур Нуриддин.
A lightning rod at the highest point of a tall building, connected to a ground rod by a wire.
Схема простой системы молниезащиты

А молниеотвод (нас, Австралия ) или же молниеотвод (Великобритания ) это металл стержень, установленный на конструкции и предназначенный для защиты конструкции от молния забастовка. 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 пожар или вызвать возгорание. поражение электрическим током. Громоотводы еще называют украшения, молниеотводы или устройства 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 проводящих материалов, таких как медь и алюминий. Медь и ее сплавы являются наиболее распространенными материалами, используемыми в молниезащите.[1]

История

Принцип громоотвода был впервые описан Прокоп Дивиш в Пржиметицах в 1753 году.

"Machina meteorologica" изобрела Дивиш работал как громоотвод
Невьянская Башня в Россия увенчан металлическим стержнем, заземленным через сложную систему арматура (некоторые видны в подвале)
Самые ранние работы Франклина об электричестве[2]
«Дракон Теслы». Медный громоотвод в Научном центре Тесла на основе Хемингрей изолятор

По мере того как здания становятся выше, молния становится все более опасной. Молния может повредить конструкции из большинства материалов, например кирпичная кладка, дерево, конкретный, и стали, потому что огромный токи и напряжения вовлеченный может высокая температура материалы к высоким температура. Тепло вызывает потенциал структурный пожар.

Россия

Громоотвод мог быть намеренно использован в Пизанская башня Невьянска. В шпиль башни венчает металлический стержень в виде позолоченный сфера с шипами. Этот громоотвод заземленный сквозь арматура каркас, пронизывающий все здание.

Невьянская башня была построена между 1721 и 1745 годами по заказу промышленника. Акинфий Демидов. 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

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 молитвами. Питер Алвардс («Разумные и богословские соображения о громе и молнии», 1745) советовал людям, ищущим укрытия от молнии, идти куда угодно, кроме церкви или вокруг нее.[4]

Продолжаются дискуссии о том, была ли «метереологическая машина», изобретенная Премонстрант священник Прокоп Дивиш и возведен в Пржиметице возле Зноймо, Моравия (сейчас же Чехия ) в июне 1754 г. считается отдельным изобретением 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 как громоотвод.[5] После местных протестов Дивишу пришлось прекратить свои погодные эксперименты около 1760 года.

Соединенные Штаты

В том, что позже стало Соединенные Штаты, остроконечный молниеотвод, также называемый аттрактор молнии или же Род Франклина, был изобретен Бенджамин Франклин в 1752 году в рамках его новаторского исследования электричество. Хотя Франклин не был первым, кто предположил корреляцию между электричеством и молнией, он был первым, кто предложил работающую систему для проверки своей гипотезы.[6] Франклин предположил, что утюг стержень был заострен до точки: «Я думаю, что электрический огонь будет бесшумно вынут из облака, прежде чем он сможет подойти достаточно близко, чтобы поразить». Франклин размышлял о громоотводах в течение нескольких лет, прежде чем его доклад воздушный змей эксперимент.[нужна цитата ]

В 19 веке громоотвод стал декоративным мотивом. Громоотводы украшены орнаментом. стекло мячи[7] (сейчас ценится коллекционерами). Орнаментальная привлекательность этих стеклянных шаров использовалась в флюгер. Однако основная цель этих шаров - предоставить доказательства удара молнии путем разрушения или падения. Если после шторма будет обнаружено, что мяч отсутствует или сломан, владелец недвижимости 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 наблюдениями Подтверждение смещения гарантировал, что метод получил немало доверия даже после разработки морского громоотвода вскоре после первой работы Франклина.

Первые молниеотводы на кораблях должны были быть подняты, когда ожидалась молния, и это имело небольшой шанс. В 1820 г. Уильям Сноу Харрис изобрели успешную систему установки молниезащиты на деревянные парусные корабли того времени, но, несмотря на успешные испытания, начатые в 1830 году, британцы Королевский флот не принимал систему до 1842 г., когда Императорский флот России уже приняли систему.

В 1990-х годах «точки молнии» были заменены изначально построенными, когда Статуя свободы на крыше Капитолия Соединенных Штатов в Вашингтон, округ Колумбия. был восстановлен.[8] Статуя была разработана с использованием нескольких устройств с платиновым наконечником. Монумент Вашингтона также был оборудован множеством молний,[9] и Статуя Свободы в гавани Нью-Йорка ударила молния, которая была переведена на землю.

Система молниезащиты

Система молниезащиты на стартовой площадке в г. Мыс Канаверал База ВВС.

А система молниезащиты предназначен для защиты конструкции от повреждений из-за молния ударов путем перехвата таких ударов и безопасного прохождения их чрезвычайно высоких токи к земля. Система молниезащиты включает сеть молниеприемников, склейку проводники, и земля электроды разработан для обеспечения низкоомного пути к земле для возможных ударов.

Системы молниезащиты используются для предотвращения удар молнии повреждение конструкций. Системы молниезащиты снижают опасность возгорания, которую удары молнии представляют для конструкций. Система молниезащиты обеспечивает путь с низким импедансом 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 в них содержится вода. вспыхнул в пар за счет 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 150000 А), и очень быстрого время нарастания от удара молнии никакая система защиты не может гарантировать абсолютную защиту от удара 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 [любых исследований по изучению молний] не подходят для приложений, связанных с естественными молниями.[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, составляющие систему. Воздухораспределители обычно расположены в верхних точках конструкции крыши или вдоль них и электрически связаны друг с другом с помощью соединительных проводов (называемых «токоотводами» или «токоотводом»).ведет "), которые подключаются наиболее прямым путем к одной или нескольким заземляющим клеммам.[12] Соединения с заземляющими электродами должны иметь не только низкое сопротивление, но и низкое самоконтроль.индуктивность.

Примером конструкции, уязвимой для молнии, является деревянный сарай. Когда молния ударяет в сарай, деревянная конструкция и ее содержимое могут воспламениться от 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 «ответвлений» 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 уравнять ранее несбалансированные заряды. Тепло, выделяемое при прохождении этого электрического тока через легковоспламеняющиеся материалы, представляет собой опасность, которую системы молниезащиты пытаются уменьшить, создавая путь с низким сопротивлением для молнии. схема. Никакая система молниезащиты не может полностью «сдерживать» или «контролировать» молнию (и пока что полностью предотвращать удары молнии), но они, кажется, очень помогают в большинстве случаев ударов молнии.

Стальные каркасные конструкции могут связь конструктивные элементы заземлены для обеспечения молниезащиты. Металлический флагшток с основанием в земле - это очень простая система молниезащиты. Однако флаг (ы), развевающийся (и) со столба во время удара молнии, может полностью сгореть.

Большинство используемых сегодня систем молниезащиты являются традиционными. Франклин дизайн.[12] Фундаментальный принцип, используемый в системах молниезащиты типа Франклина, заключается в обеспечении пути с достаточно низким импедансом, через который молния может пройти и достичь земли без повреждения здания.[13] Это достигается путем окружения здания своего рода Клетка Фарадея. На крыше здания установлена ​​система молниеотводов и молниеотводов, чтобы перехватить любую молнию до того, как она поразит здание.

Структурные протекторы

Пейзаж подходит для объяснения: (1) представляет Лорд Кельвин «уменьшенная» площадь региона[требуется разъяснение ];[14] (2) Поверхность, концентрическая земной шар чтобы количества, хранящиеся над ним и под ним, были равны; (3) Строительство на месте чрезмерного электростатический плотность заряда; (4) Строительство на участке с низкой плотностью электростатического заряда. (Изображение через Патент США 1,266,175 .)

Молниеотвод

Громоотвод на статуе.
Основная статья: Молниеотвод

В телеграфия и телефония, молниеотвод - это устройство, размещаемое там, где провода входят в конструкцию, чтобы предотвратить повреждение электронных приборов внутри и обеспечить безопасность людей, находящихся рядом со строениями. Грозозащитные разрядники, также называемые сетевые фильтры, являются устройствами, 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 в линию связи или линию электропередач поражает молния или когда она приближается к удару молнии.

Защита систем распределения электроэнергии

В системах воздушной электропередачи (высоковольтных) один или два провода более легкого сечения могут быть смонтированы наверху пилоны, столбы или башни не используется специально для передачи электроэнергии через сеть. Эти проводники, часто называемые «статическими», «пилотными» или «экранирующими» проводами, предназначены для использования в качестве точек молниеприемника, а не самих линий высокого напряжения. Эти проводники предназначены для защиты основных силовых проводов от молния удары.

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 волоконно-оптические кабели для передачи данных.

В некоторых случаях эти проводники изолированы 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

Радио мачтовые радиаторы может быть изолирован от земли зазором в основании. 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 оборудован устройством для контроля электрических свойств антенны. Это очень важно, поскольку после удара молнии может остаться заряд, повредивший зазор или изоляторы. Контрольное устройство отключает передатчик, когда антенна показывает неправильное поведение, например в результате нежелательного электрического заряда. Когда передатчик выключен, эти заряды рассеиваются. Устройство мониторинга делает несколько попыток для повторного включения. Если после нескольких попыток антенна продолжает вести себя ненадлежащим образом, возможно, из-за повреждения конструкции, передатчик остается выключенным.

Громоотводы и меры предосторожности при заземлении

В идеале подземная часть сборки должна находиться в зоне с высокой проводимостью грунта. Если подземный кабель выдержит коррозия ну, это может быть покрыто соль для улучшения его электрического соединения 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. Если грунт имеет плохую проводимость, очень мелкий или отсутствует, систему заземления можно дополнить, добавив заземляющие стержни, противовес (заземляющее кольцо) проводник, радиальные кабели, выступающие от здания, или арматурные стержни бетонного здания могут использоваться в качестве заземляющего проводника (Уфер земля ). Эти дополнения, хотя и не снижают сопротивление системы в некоторых случаях, 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 значительный ущерб, 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]

Конструкция системы молниезащиты

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, предполагало, что каждый молниеотвод защитил конус 45 градусов.[17] Это оказалось неудовлетворительным для защиты более высоких конструкций, поскольку молния может ударить по стене здания.

Система моделирования, основанная на более глубоком 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. Поскольку шаг лидер молнии прыгает к земле, он шагает к заземленный объекты, ближайшие к его пути. Максимальное расстояние, которое может пройти каждый шаг, называется критическое расстояние и пропорционален 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 сфера 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, являются самыми безопасными от молнии. Грозозащитные устройства следует размещать там, где они не позволят шару коснуться конструкции. Однако слабым местом в большинстве систем отвода молнии является транспортировка захваченного разряда от молниеотвода к земле.[19] Громоотводы обычно устанавливаются по периметру плоских крыш или вдоль пиков наклонных 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 воздухораспределители будут установлены в середине крыши с интервалом 15 м или менее в виде прямоугольной сетки.[21]

Закругленные или заостренные концы

Остроконечный громоотвод на здании

Оптимальная форма наконечника громоотвода вызывала 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 г., спор не был полностью разрешен.[22]Спор трудно разрешить, потому что надлежащие контролируемые эксперименты практически невозможны, но работа, выполняемая Чарльз Б. Мур, и другие.,[23] в 2000 году пролил некоторый свет на эту проблему, обнаружив, что молниеотводы с умеренно закругленными или тупыми концами действуют как чуть более эффективные рецепторы. 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 до любых выбросов, они уменьшаются быстрее с расстоянием. В результате на несколько сантиметров выше кончика тупого стержня диаметром 20 мм напряженность поля больше, чем над аналогичным острым стержнем той 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 и радиуса 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

Теория переноса заряда утверждает, что удар молнии в защищенную конструкцию можно предотвратить, снизив электрический потенциал между защищаемой конструкцией и грозовой тучей. Это осуществляется путем передачи электрического заряда (например, от ближайшей Земли к небу или наоборот).[26][27] Передача электрического заряда от Земли к небу осуществляется путем установки специальных изделий, состоящих из множества точек над конструкцией. Отмечается, 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 находятся над головой.

В США Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) в настоящее время не[когда? ] рекомендовать устройство, которое может предотвратить или уменьшить удары молнии. Совет по стандартам NFPA, после запроса на проект, посвященный системам рассеивающей решетки [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 ранней стримерной эмиссии (ESE)

Громоотвод ESE, установленный в монастыре Св. Николая Анапаусаса (Μονή του Αγίου Νικολάου), Метеоры, Греция

Теория раннего стримерного излучения предполагает, что если у молниеотвода есть механизм, вызывающий ионизацию около его наконечника, то его область захвата молнии значительно увеличивается. Сначала небольшие количества радиоактивных изотопов (радий-226 или же америций-241 ) использовались как источники ионизации[31] между 1930 и 1980 годами, позже 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 подверженной риску. к ионизации и пробою.[32]

AFNOR, национальный орган по стандартизации Франции, выпустил стандарт NF C 17-102, охватывающий эту технологию. В NFPA также исследовали эту тему, и было предложение выпустить аналогичный 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 смотровая площадка".[33]Эта же комиссия также пришла к выводу, что «рекомендованная [стандарт NFPA 781] система молниезащиты никогда не была подтверждена ни с научной, ни с технической точки зрения, а стержневые пневмоострова Франклина не прошли валидацию в ходе полевых испытаний 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 по эффективности и научной основе традиционных систем молниезащиты и ошибочно пришел к выводу, что для Стандарта нет основы. " В своем отчете AGU не пыталась оценить эффективность любых предложенных модификаций традиционных систем.[34] NFPA отозвало предложенную черновую редакцию стандарта 781 из-за отсутствия доказательств повышения эффективности систем защиты на основе выбросов Early Streamer по сравнению с обычными воздушными терминалами.

Члены научного комитета Международная конференция по молниезащите (ICLP) выступили с совместным заявлением о своем несогласии с технологией Early Streamer Emission.[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.[нужна цитата ][37]

Анализ забастовок

Удары молнии в металлическую конструкцию могут варьироваться от не оставляющих никаких следов - за исключением, возможно, небольшой ямки 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] Над этой проблемой работают и изобретатели,[42][43] например, через молния. В то время как 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 джоули. 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.

Протекторы для самолетов

Самолет защищен устройствами, установленными на его конструкции, и конструкцией внутренних систем. Молния обычно входит в самолет и выходит из него через внешнюю поверхность его. планер или через статические разрядники. Система молниезащиты обеспечивает безопасные токопроводящие пути между точками входа и выхода для предотвращения повреждения электронное оборудование и для защиты легковоспламеняющегося топлива или груза от искры.

Эти дорожки построены из проводящих материалов. Изоляторы электрические 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 обеспечить достаточную проводимость, 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 побуждает ток через любые петли, образованные кабелями. Ток, наведенный в экране петли, создает магнитный поток через петлю. в обратном направлении. Это уменьшает общий поток через контур и индуцированное напряжение вокруг него.

Молниепроводящий путь и проводящий экран пропускают большую часть тока. Остальное обходит чувствительную электронику, используя ограничители переходного напряжения, и блокируется электронными фильтрами, если сквозное напряжение становится достаточно низким. Фильтры, как изоляторы, эффективны только тогда, когда молнии и импульсные токи могут проходить по альтернативному пути.

Защита для гидроциклов

Установка молниезащиты на гидроцикл включает в себя молниеотвод установлен на вершине мачта или надстройки, и заземление дирижер при контакте с водой. Электрические проводники прикрепить к протектору и спуститься 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 корпус, или прикреплен к шверт.

Оценка рисков

Некоторые конструкции по своей природе более или менее подвержены риску поражения молнией. Риск для конструкции является функцией размера (площади) конструкции, 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 зоне с высокой плотностью ударов молнии будет более вероятно поражено, чем здание в зоне с низкой плотностью ударов молнии. . Национальная ассоциация противопожарной защиты предоставляет рабочий лист оценки рисков в своем стандарте молниезащиты.[49]

В Международная электротехническая комиссия (IEC) оценка риска молнии состоит из четырех частей: потеря живых существ, потеря услуг населению, потеря культурного наследия и потеря экономической ценности.[50] Потеря живых существ считается самой важной и единственной потерей, принимаемой во внимание для многих несущественных промышленных и коммерческих применений.

Стандарты

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
  • UL стандарты 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.)
  • IEC стандарты
    • 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"
  • IEEE стандарты 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 молниеприемников с ранним выбросом кос» (1995)

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ Медные системы молниезащиты спасают миллиарды жизней; Новости строительства и архитектуры, №80, зима 1995 г .; «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2013-03-15. Получено 2012-09-11.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  2. ^ I. Bernard Cohen, The Two Hundredth Anniversary of Benjamin Franklin's Two Lightning Experiments and the Introduction of the Lightning Rod, in: Proceedings of the American Philosophical Society, Vol. 96, No. 3. (Jun. 20, 1952), pp. 331–366.
  3. ^ "History of Rebar". Whaley Steel. Архивировано из оригинал on 2011-11-27.
  4. ^ Seckel, Al, and John Edwards, "Franklin's Unholy Lightning Rod В архиве 2006-05-26 на Wayback Machine ". 1984.
  5. ^ See the following two articles for conflicting views of this being an independent invention by Diviš:
    Hujer, Karel (December 1952). "Father Procopius Diviš — The European Franklin". Исида. 43 (4): 351–357. Дои:10.1086/348159. ISSN  0021-1753. JSTOR  227388.
    Коэн, И. Бернар; Schofield, Robert (December 1952). "Did Diviš Erect the First European Protective Lightning Rod, and Was His Invention Independent?". Исида. 43 (4): 358–364. Дои:10.1086/348160. ISSN  0021-1753. JSTOR  227389.
  6. ^ Recovering Benjamin Franklin: an exploration of a life of science and service. Open Court Publishing. 1999 г. ISBN  978-0-8126-9387-4.
  7. ^ "Antique Lightning Rod Ball Hall of Fame ". Antique Bottle Collectors Haven. (glass lightning balls collection)
  8. ^ Статуя свободы http://www.aoc.gov/cc/art/freedom.cfm
  9. ^ The Point of a Monument: A History of the Aluminum Cap of the Washington Monument: The Functional Purpose
  10. ^ NFPA-780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems 2008 Edition
  11. ^ Vernon Cooray (ed.) Lightning Protection, The Institution of Engineering and Technology, 2010, ISBN  978-1-84919-106-7 pp. 240-260, p 320
  12. ^ а б Benjamin Franklin and Lightning Rods – Physics Today January 2006, Accessed 2008-06-1 9:00pm GMT.
  13. ^ NFPA-780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems 2008 Edition – Annex B.3.2.2
  14. ^ Sir William Thomson, Papers on Electrostatics and Magnetism.
  15. ^ NFPA-780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems 2008 Edition – Annex B – B.4.3
  16. ^ NFPA-780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems 2008 Edition – Annex C
  17. ^ Donlon, Tim, "Lightning Protection for Historic Buildings ". Cathedral Communications Limited, 2001.
  18. ^ Installation requirements for lightning protection systems – UL 96A 4.7.3.4.2
  19. ^ Lightning protection installation, U.S. Patent 3,919,956
  20. ^ Installation requirements for lightning protection systems – UL 96A 8.2.2
  21. ^ Standard for the installation of lightning protection systems 2008 edition – NFPA-780 4.8.2.4
  22. ^ Ian Godwin (March 26, 2003). "Franklin letter to King fans flames of lightning debate". ABC Science Online. Австралийская радиовещательная корпорация. Получено 29 июля, 2011.
  23. ^ C. B. Moore, William Rison, James Mathis, and Graydon Aulich, "Lightning Rod Improvement Studies ". Journal of Applied Meteorology: Vol. 39, No. 5, pp. 593–609. Langmuir Laboratory for Atmospheric Research, New Mexico Institute of Mining and Technology, Socorro, New Mexico. April 10, 1999.
  24. ^ U.S. Patent 1,266,175 , Tesla, "Lightning-Protector".
  25. ^ U.S. Patent 3,371,144 , Griscom, "Transmission-line lightning-proofing structures". Page 25, Column 5. (cf. […] the charge on a leader as a function of height above ground[…])
  26. ^ U.S. Patent 6,307,149 , Richard Ralph Zini, et al., Non-contaminating lightning protection system. Claim one and claim ten.
  27. ^ John Richard Gumley, U.S. Patent 6,320,119 , Lightning air terminals and method of design and application
  28. ^ Emitter of ions for a lightning rod with a parabolic reflector, Manuel Domingo Varela, U.S. Patent 6,069,314 .
  29. ^ Lightning-protector for electrical conductors, Johathan H. Vail, U.S. Patent 357,050 .
  30. ^ Casey C. Grant, "To: Interested Parties "
  31. ^ B. Charpentier, S. Rodde: "Decommissioning of radioactivelightning rods in France", Autorité de sûreté nucléaire (ASN), Март 2012 г.
  32. ^ U.S. Patent 1,869,661 , Bumbraugh, "Lightning protection system and method".
  33. ^ Bryan, R. G., et al., 1999, "Report of the Third-Party Independent Evaluation Panel on the Early Streamer Emission Lightning Protection Technology".
  34. ^ Report of The Committee on Atmospheric And Space Electricity of The American Geophysical Union on The Scientific Basis for Traditional Lightning Protection Systems
  35. ^ Mousa, Abdul M. "Scientists Oppose Early Streamer Air Terminals", 1999.
  36. ^ ICLP ESE issue webpage В архиве 2013-11-26 at the Wayback Machine
  37. ^ "Statistics - ILPA". Intlpa.org. Архивировано из оригинал на 2015-12-24. Получено 2015-12-24.
  38. ^ а б Rakov, et al., Lightning: physics and effects, п. 364
  39. ^ Martin A. Uman, Lightning Discharge. Courier Dover Publications, 2001. 377 pages. ISBN  0-486-41463-9
  40. ^ Donald R. MacGorman, The Electrical Nature of Storms. Oxford University Press (US), 1998. 432 pages. ISBN  0-19-507337-1
  41. ^ Hans Volland, Handbook of Atmospheric Electrodynamics, Volume I. CRC Press, 1995. 408 pages. ISBN  0-8493-8647-0
  42. ^ Method and apparatus for the artificial triggering of lightning, Douglas A. Palmer, U.S. Patent 6,012,330
  43. ^ Lightning rocket, Robert E. Betts, U.S. Patent 6,597,559
  44. ^ Lightning locating system, Ralph J. Markson et al., U.S. Patent 6,246,367 .
  45. ^ Lightning locating system, Airborne Research Associates, Inc., U.S. Patent 5,771,020 .
  46. ^ System and method of locating lightning strikes, The United States of America as represented by the Administrator of the National Aeronautics and Space Administration, U.S. Patent 6,420,862
  47. ^ Single station system and method of locating lightning strikes, The United States of America as represented by the United States National Aeronautics and Space Administration, U.S. Patent 6,552,521 .
  48. ^ NFPA-780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems 2008 Edition – Annex L.1.3
  49. ^ NFPA-780 Standard for the Installation of Lightning Protection Systems 2008 Edition – Annex L
  50. ^ Bouquegneau, Christian (2011), Lightning Protection IEC EN 62305 Standard (PDF), получено 2 сентября, 2012[постоянная мертвая ссылка ]

Источники

внешняя ссылка