Kendinizi yıldırımdan nasıl korursunuz

Yıldırım her zaman kişinin hayal gücünü ve dünyayı tanıma arzusunu uyandırdı. İnsanları daha güçlü hale getiren evcilleştirerek dünyaya ateş getirdi. Henüz bu müthiş doğal fenomenin fethine güvenmiyoruz, ama “barış içinde bir arada yaşamak” istiyoruz. Sonuçta, ne kadar mükemmel ekipman oluşturursak, atmosferik elektrik o kadar tehlikeli olur. Koruma yöntemlerinden biri, özel bir simülatör kullanarak, önceden mevcut ve elektromanyetik yıldırım alanı için endüstriyel tesislerin kırılganlığını değerlendirmektir.

Mayıs başında fırtınayı sevmek şairler ve sanatçılar için kolaydır. Güç mühendisi, sinyal adamı veya astronot, fırtına sezonunun başlangıcından memnun olmayacak: çok fazla sorun vaat ediyor. Ortalama olarak, Rusya'nın her bir kilometrekaresi her yıl yaklaşık üç yıldırım düşmesini oluşturmaktadır. Elektrik akımları 30.000 A'ya ulaşır ve en güçlü deşarjlar için 200.000 A'yı aşabilir. Orta şiddette bile iyi iyonize edilmiş bir plazma kanalındaki sıcaklık, kaynak makinesinin elektrik arkından birkaç kat daha yüksek olan 30.000 ° C'ye ulaşabilir. Ve elbette, bu birçok teknik tesis için iyi bir sonuç vermiyor. Doğrudan yıldırımdan kaynaklanan yangınlar ve patlamalar uzmanlar tarafından iyi bilinir. Ancak sıradan insanlar böyle bir olayın riskini açıkça abartıyorlar.

Ostankino televizyon kulesinin bayrak direğinin ucu. Yeniden akış izleri görülebilir Gerçekte “göksel elektrikli çakmak” o kadar etkili değildir. Hayal edin: Bir kasırga sırasında ateş yakmaya çalışıyorsunuz, kuvvetli rüzgar nedeniyle kuru samanı bile yakmak zor. Yıldırım kanalından gelen hava akımı daha da güçlüdür: deşarjı, şiddetli gürlemesi alevleri kıran ve söndüren bir şok dalgasına neden olur. Bir paradoks, ancak zayıf bir yıldırım yangın tehlikesi, özellikle yaklaşık 100 A'lık bir akım kanalından bir saniyenin onda biri için akarsa (kıvılcım deşarjları dünyasında yaşlar için!)

Bununla birlikte, normal yükseklikte bir bina için yıldırım çarpması sık rastlanan bir durum değildir. Deneyim ve teori gösteriyor: Üç yüksekliğine yakın bir mesafeden bir zemin yapısına “çekiliyor”. On katlı kule yılda yaklaşık 0.08 şimşek toplayacak, yani. 12.5 yıllık operasyonda ortalama 1 vuruş. Tavan arası bir yazlık yaklaşık 25 kat daha küçüktür: ortalama olarak, sahibinin yaklaşık 300 yıl boyunca "beklemesi" gerekecektir.

Ama tehlikeyi hafife almayalım. Gerçekten, yıldırım 300-400 köy evinden en az birine çarparsa, yerel halkın bu olayı önemsiz bulması pek olası değildir. Ancak çok daha uzun nesneler var - örneğin, elektrik hatları (NEP). Uzunlukları 100 km'yi, yüksekliği - 30 m'yi geçebilir, bu nedenle, her biri sağdan ve soldan 90 m genişliğinde şeritler ile darbeler toplar.Tüm yıldırım "çekme" alanı 18 km2'yi aşacaktır, sayıları yılda 50'dir. Tabii ki, hattın çelik destekleri yanmayacak, teller erimeyecek. Yıldırım, Ostankino TV kulesinin (Moskova) bayrak direğinin ucunda yılda yaklaşık 30 kez vurur, ancak korkunç bir şey olmaz. Ve güç hatları için neden tehlikeli olduklarını anlamak için, termal değil elektriksel etkilerin doğasını bilmeniz gerekir.

AYDINLATMA ANA GÜCÜ

Elektrik hattının desteğine çarpıldığında, akım, kural olarak 10-30 Ohm olan toprak direnci ile toprağa akar. Aynı zamanda Ohm yasası 30.000 A akım ile "orta" şimşek bile 300-900 kV ve güçlü bir voltaj yaratır - birkaç kat daha fazla. Yani fırtına aşırı gerilimleri var. Megavolt seviyesine ulaşırlarsa, güç iletim hattının yalıtımı dayanmaz ve kırılır. Kısa devre oluşur. Hat bağlantısı kesildi. Daha da kötüsü, bir yıldırım kanalı doğrudan tellere kırıldığında.Daha sonra aşırı gerilim, desteğe verilen hasardan daha yüksek bir büyüklük sırasıdır. Bu fenomene karşı mücadele bugün elektrik enerjisi endüstrisi için zor bir görev olmaya devam etmektedir. Dahası, teknolojinin gelişmesi ile karmaşıklığı sadece büyür.

Ostankino TV kulesi, zirvenin 200 metre altındaki bir yıldırım çarpmasını kaçırmış bir paratoner görevi gördü.İnsanlığın hızla artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak için modern enerji santralleri güçlü sistemlerde birleştirilmelidir. Rusya'da birleşik bir enerji sistemi şu anda çalışıyor: tüm tesisleri birbirine bağlı çalışıyor. Bu nedenle, bir enerji nakil hattının veya elektrik santralinin bile kazara kesilmesi Mayıs 2005'te Moskova'da olanlara benzer ciddi sonuçlara yol açabilir. Dünyada yıldırımdan kaynaklanan birçok sistem kazası kaydedilmiştir. Bunlardan biri - 1968'de ABD'de milyonlarca dolarlık hasara neden oldu. Sonra bir yıldırım deşarjı bir güç hattını kapattı ve güç sistemi ortaya çıkan enerji açığı ile baş edemedi.

Uzmanların, güç hatlarının yıldırımdan korunmasına dikkat etmeleri şaşırtıcı değildir. 110 kV veya daha fazla gerilime sahip havai hatların tüm uzunluğu boyunca, telleri yukarıdan doğrudan temastan korumaya çalışan özel metal kablolar askıya alınır. Yalıtımı en üst düzeye çıkarılır, desteklerin topraklama direnci en üst düzeye indirilir ve bilgisayarların veya yüksek kaliteli TV'lerin giriş devrelerini koruyanlar gibi yarı iletken cihazlar, aşırı gerilimleri daha da sınırlandırmak için kullanılır. Doğru, benzerlikleri sadece çalışma prensibidir, ancak doğrusal sınırlayıcılar için çalışma voltajı milyonlarca volt olarak tahmin edilir - yıldırımdan korunma maliyetinin ölçeğini değerlendirin!

İnsanlar genellikle kesinlikle yıldırım dirençli bir hat tasarlamanın mümkün olup olmadığını soruyorlar mı? Cevap evet. Ancak burada iki yeni soru kaçınılmaz: kimin ihtiyacı var ve maliyeti ne olacak? Gerçekten de, güvenilir bir şekilde korunan bir güç iletim hattına zarar vermek mümkün değilse, örneğin, modern bir tasarımda mikroişlemci teknolojisi üzerine inşa edilmiş bir hattın bağlantısını kesmek veya basitçe düşük voltajlı otomasyon devrelerini yok etmek için yanlış bir komut oluşturmak mümkündür. Talaşların çalışma voltajı her yıl azalır. Bugün volt birimi olarak hesaplanmaktadır. Yıldırım için yer var! Doğrudan bir greve gerek yoktur, çünkü geniş alanlarda uzaktan ve anında hareket edebilir. Ana silahı elektromanyetik alandır. Yıldırım akımından yukarıda bahsedilmiştir, ancak hem akım hem de büyüme oranı manyetik indüksiyonun elektromotor kuvvetini değerlendirmek için önemlidir. Yıldırımda, ikincisi 2 • 1011 A / s'yi aşabilir. Yıldırım kanalından 100 m mesafede 1 m2 alana sahip herhangi bir devrede, böyle bir akım, bir konut binasının çıkışlarında yaklaşık iki kat daha yüksek bir voltaj indükleyecektir. Bir voltluk bir voltaj için tasarlanmış mikroçiplerin kaderini hayal etmek çok fazla hayal gücü gerektirmez.

Dünya pratiğinde, yıldırım kontrol devrelerinin imhası nedeniyle birçok ciddi kaza var. Bu liste, uçakların ve uzay gemilerinin yerleşik ekipmanlarına verilen hasarı, yüksek voltajlı güç hatlarının tüm “paketlerinin” yanlış kapatılmasını ve anten mobil iletişim sistemleri ekipmanlarının arızalanmasını içerir. Ne yazık ki, burada göze çarpan bir yer, giderek daha fazla evimizi dolduran ev aletleri hasarı için sıradan vatandaşların cebine “hasar” ile doludur.

KORUMA YOLLARI

Yıldırım korumasına güvenmeye alışkınız. XVIII.Yüzyılın büyük bilim insanı, akademisyen Mikhail Lomonosov'un icadına dair övgüyü hatırlıyor musunuz? Ünlü yurttaşımız zaferden memnundu, göksel ateşin tehlikeli olmaktan çıktığını söyledi. Tabii ki, bir konut binasının çatısındaki bu cihaz yıldırımın ahşap bir zemine veya diğer yanıcı yapı malzemelerine ateş açmasına izin vermeyecektir. Elektromanyetik etkilerle ilgili olarak, güçsüzdür. Yıldırım akımının kanalında mı yoksa paratoner çubuğunun metal çubuğundan mı aktığı fark etmez, yine de manyetik bir alanı heyecanlandırır ve iç elektrik devrelerinde manyetik indüksiyon nedeniyle tehlikeli bir voltaj indükler. Bununla etkili bir şekilde mücadele etmek için, tahliye kanalını korunan nesneye uzaktan yaklaşımlarda, yani bir paratonere müdahale etmek için bir paratoner gereklidir. indüklenen voltaj, akım iletkenine olan mesafe ile ters orantılı olduğundan çok yüksek olur.

Bugün, farklı yükseklikteki bu yapıların kullanılması konusunda büyük deneyim kazanılmıştır.Ancak, istatistikler çok rahatlatıcı değildir. Bir çubuk paratonerinin koruma bölgesi genellikle ekseni olduğu bir koni formunda, ancak üst ucundan biraz daha düşük bir tepe noktası ile sunulur. Genellikle 30 metrelik bir “çekirdek”, yaklaşık 6 metrenin üzerine çıkarsa bina korumasında% 99 güvenilirlik sağlar.Bunu başarmak bir sorun değildir. Ancak, paratoner yüksekliğinde bir artışla, tatmin edici bir koruma için gerekli minimum, üstten "örtülü" nesneye olan mesafe hızla büyüyor. Aynı güvenilirlik derecesine sahip 200 metrelik bir yapı için, bu parametre zaten 60 m'yi ve 500 metrelik bir yapı için - 200 m.

Bahsedilen Ostankino TV kulesi de benzer bir rol oynar: kendini koruyamaz, zirvenin 200 m altındaki yıldırım çarpmalarını kaçırır. Yüksek yıldırım çubukları için zemin seviyesindeki koruma bölgesinin yarıçapı da keskin bir şekilde artar: 30 metrelik bir alan için, aynı TV kulesi için yüksekliğiyle karşılaştırılabilir - yüksekliğinin 1/5.

Başka bir deyişle, geleneksel bir tasarımın yıldırım çubuklarının, özellikle ikincisi dünyanın yüzeyinde geniş bir alanı kaplarsa, nesneye uzak yaklaşımlarda yıldırımları kesebileceğini ümit edemez. Bu, elektrik santralleri ve trafo merkezleri, havaalanları, sıvı ve gaz yakıt depoları ve genişletilmiş anten alanlarının topraklarına gerçek bir yıldırım deşarj olasılığını hesaba katmamız gerektiği anlamına gelir. Yere yayılan yıldırım akımı kısmen modern teknik tesislerin sayısız yeraltı iletişimine girer. Kural olarak, otomasyon, kontrol ve bilgi işleme sistemlerinin elektrik devreleri vardır - yukarıda belirtilen çok mikroelektronik cihazlar. Bu arada, dünyadaki akımların hesaplanması en basit formülasyonda bile karmaşıktır. Atmosferik elektrik deşarjlarının sadece karakteristiği olan kiloamper akımlarının gücüne bağlı olarak, çoğu toprağın direncindeki güçlü değişiklikler nedeniyle zorluklar artar. Ohm yasası, bu tür doğrusal olmayan dirençlere sahip devrelerin hesaplanması için geçerli değildir.

Toprağın "doğrusal olmayanlığına", içinde genişletilmiş kıvılcım kanallarının oluşma olasılığı eklenir. Kablo hatlarının tamir ekipleri böyle bir resim ile iyi tanınır. Bir karık, zeminde bir orman kenarındaki uzun bir ağaçtan, bir saban veya eski bir pulluktan uzanıyor ve bu yerde hasar görmüş bir yeraltı telefon kablosunun hemen üstünde kırılıyor - metal kılıf buruşuyor, çekirdeklerin yalıtımı yok ediliyor. Böylece yıldırımın etkisi kendini gösterdi. Bir ağaca çarptı ve akımı, köklere yayıldı, yerde güçlü bir elektrik alanı yarattı, içinde bir plazma kıvılcım kanalı oluşturdu. Aslında, yıldırım gelişimini, sadece hava yoluyla değil, aynı zamanda toprakta olduğu gibi sürdürdü. Ve böylece düzinelerce ve özellikle zayıf iletken akımlarda toprakları (kayalık veya permafrost) ve yüzlerce metreyi geçebilir. Nesneye atılım, geleneksel şekilde - yukarıdan değil, aşağıdan herhangi bir yıldırım çubuğunu atlayarak gerçekleştirilir. Toprak yüzeyi boyunca kayan deşarjlar laboratuarda iyi bir şekilde çoğaltılır. Tüm bu karmaşık ve oldukça doğrusal olmayan fenomenler deneysel araştırmalara, modele ihtiyaç duyar.

Bir deşarj oluşturmak için akım, yapay bir darbeli kaynak tarafından üretilebilir. Enerji kondansatör bankasında yaklaşık bir dakika biriktirilir ve daha sonra bir düzine mikrosaniye içinde toprağa havuza “dökülür”. Bu kapasitif tahrikler birçok yüksek voltaj araştırma merkezinde bulunmaktadır. Boyutları onlarca metreye, onlarca tona ulaşır. Yıldırım akımlarının yayılması koşullarını tam olarak yeniden üretmek için böyle bir elektrik trafo merkezinin veya başka bir endüstriyel tesisin topraklarına teslim edemezsiniz. Bu, sadece nesne yüksek voltajlı bir standa bitişik olduğunda - örneğin, Sibirya Araştırma Enstitüsü'nün açık bir kurulumunda, 110 kV'luk bir iletim hattının yanına darbeli bir yüksek voltaj jeneratörü yerleştirildiğinde kazayla mümkündür. Ancak bu elbette bir istisna.

Yıldırım Cıvata Simülatörü

Aslında, bu eşsiz bir deney değil, sıradan bir durum olmalıdır.Uzmanlar yıldırım akımının tam ölçekli bir simülasyonuna çok ihtiyaç duyuyorlar, çünkü bu, yeraltı kamu hizmetlerindeki akımların dağılımının güvenilir bir resmini elde etmenin, elektromanyetik alanın mikroişlemci teknolojisi cihazları üzerindeki etkilerini ölçmenin ve kayan kıvılcım kanallarının yayılma modelini belirlemenin tek yoludur. Karşılık gelen testler yaygınlaşmalı ve havacılık ve uzay bilimlerinde uzun süredir yapıldığı gibi, temelde her yeni sorumlu teknik tesisin devreye alınmasından önce yapılmalıdır. Günümüzde yıldırım akımı parametrelerine sahip güçlü, ancak küçük boyutlu ve hareketli bir darbe akımı kaynağı oluşturmaktan başka bir alternatif yoktur. Prototip modeli zaten var ve Eylül 2005'te Donino trafo merkezinde (110 kV) başarıyla test edildi. Tüm ekipman, seri Volga'dan bir fabrika römorkunda barındırıldı.

Mobil test kompleksi, bir patlamanın mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren bir jeneratöre dayanmaktadır. Bu işlem genellikle iyi bilinmektedir: mekanik kuvvetin rotoru hareket ettirdiği, statorun manyetik alanı ile etkileşiminin kuvvetini karşılayan herhangi bir elektrikli makinede gerçekleşir. Temel fark patlama sırasında metal pistonu (astar) hızlı bir şekilde hızlandıran patlama sırasında son derece yüksek enerji salınımıdır. Manyetik alanı mikrosaniye olarak değiştirerek bir darbe transformatöründe yüksek voltaj uyarımı sağlar. Bir darbe transformatörü tarafından ek amplifikasyondan sonra, voltaj test nesnesinde bir akım üretir. Bu cihazın fikri, seçkin vatandaşı olan hidrojen bombasının "babası" Akademisyen A.D. Sakharov.

Özel yüksek mukavemetli bir haznedeki patlama sadece 0,5 m uzunluğunda bir bobini ve içindeki bir astarı yok eder. Jeneratörün geri kalan elemanları tekrar tekrar kullanılır. Devre, üretilen palsın büyüme hızı ve süresi benzer yıldırım akımı parametrelerine karşılık gelecek şekilde ayarlanabilir. Ayrıca, onu büyük uzunluktaki bir nesneye, örneğin güç iletim hattı destekleri arasındaki bir kabloya, modern bir trafo merkezinin toprak döngüsüne veya bir uçağın gövdesine "sürmek" mümkündür.

Bir prototip üreteci örneği test edilirken, bölmeye sadece 250 g patlayıcı konulmuştur. Bu, 20.000 A'ya kadar bir genliğe sahip bir akım darbesi oluşturmak için yeterlidir.Ancak, ilk kez böyle radikal bir etki için gitmediler - akım yapay olarak sınırlıydı. Kurulumun başında, patlama kamerasının sadece hafif bir patlaması vardı. Daha sonra kontrol edilen dijital osiloskopların kayıtları daha sonra gösterdi: verilen parametrelere sahip bir akım darbesi, alt istasyon yıldırım iletkenine başarıyla sokuldu. Sensörler, toprak döngüsünün çeşitli noktalarında bir güç dalgalanması kaydetti.

Şimdi tam zamanlı kompleks hazırlık aşamasındadır. Yıldırım akımlarının tam ölçekli simülasyonuna ayarlanacak ve aynı zamanda seri bir kamyonun arkasına yerleştirilecektir. Jeneratörün patlayıcı haznesi 2 kg patlayıcı ile çalışmak üzere tasarlanmıştır. Kompleksin evrensel olacağına inanmak için her neden var. Yardımı ile, sadece elektrik gücünü değil, aynı zamanda mevcut ve elektromanyetik yıldırım alanının etkilerine karşı direnç için yeni ekipmanların diğer büyük boyutlu nesnelerini test etmek mümkün olacak: nükleer santraller, telekomünikasyon cihazları, füze sistemleri, vb.

Özellikle bunun nedenleri olduğu için makaleyi büyük bir notta bitirmek istiyorum. Tam zamanlı bir test tesisinin işletmeye alınması, en gelişmiş koruyucu ekipmanın etkinliğini objektif olarak değerlendirmeyi mümkün kılacaktır. Bununla birlikte, bazı memnuniyetsizlikler devam etmektedir. Aslında, kişi tekrar yıldırımın öncülüğünü takip eder ve çok fazla para kaybederken kendi istekliliğine katlanmak zorunda kalır. Yıldırımdan korunma araçlarının kullanımı, nesnenin boyutunda ve ağırlığında bir artışa yol açar, kıt malzemelerin maliyetleri büyür.Koruyucu ekipman boyutları, korunan yapısal elemanın boyutlarını aştığında paradoksal durumlar oldukça gerçektir. Mühendislik folkloru, tanınmış bir uçak tasarımcının kesinlikle güvenilir bir uçak tasarlama teklifine verdiği yanıtı saklar: Bu çalışma, müşteri projenin tek dezavantajı ile uzlaşırsa - uçak asla yerden inmeyecekse yapılabilir. Şimşek korumasında bugün de benzer bir şey oluyor. Saldırgan yerine uzmanlar dairesel bir savunmaya sahipler. Kısır döngüden kurtulmak için yıldırım yörüngesinin oluşum mekanizmasını anlamanız ve zayıf dış etkiler nedeniyle bu süreci kontrol etmenin yollarını bulmanız gerekir. Görev zor, ama umutsuz olmaktan uzak. Bugün, bir buluttan dünyaya hareket eden yıldırımın hiçbir zaman bir zemin nesnesine çarpmadığı açıktır: tepeden yaklaşmakta olan bir kıvılcıma doğru yaklaşmakta olan bir sözde lider büyüyor. Nesnenin yüksekliğine bağlı olarak, onlarca metre, bazen birkaç yüz uzanır ve yıldırımla karşılaşır. Tabii ki, bu “tarih” her zaman gerçekleşmez - yıldırım kaçırabilir.

Fakat bu oldukça açık: yaklaşan lider ne kadar erken ortaya çıkarsa, şimşeklere o kadar ilerleyecek ve bu nedenle buluşma şansı o kadar artacak. Bu nedenle, kıvılcım kanallarını korumalı nesnelerden “yavaşlatmayı” ve tersine yıldırım iletkenlerinden nasıl uyarmayı öğrenmeniz gerekir. İyimserliğin nedeni, yıldırımın oluştuğu çok zayıf harici elektrik alanlarından ilham alıyor. Fırtına ortamında, dünyaya yakın bir alan yaklaşık 100-200 V / cm'dir - yaklaşık olarak demir veya elektrikli tıraş makinesinin elektrik kablosunun yüzeyinde olduğu gibidir. Yıldırım bu kadar küçük bir içerikten dolayı, onu kontrol eden etkilerin de zayıf olabileceği anlamına gelir. Sadece hangi noktada ve hangi biçimde servis edilmeleri gerektiğini anlamak önemlidir. Önde zor ama ilginç bir araştırma çalışması.

Akademisyen Vladimir FORTOV, Yüksek Sıcaklık Fiziği Ortak Enstitüsü RAS, Teknik Bilimler Doktoru Eduard BAZELYAN, Enerji Enstitüsü GM Krzyzanowski.