Piorunochron to gruby miedziany drut przymocowany do długiego miedzianego słupa uziemiającego. Chroni on budynki przed uderzeniami piorunów, zapewniając łatwiejszą drogę prądu do ziemi. Ponieważ piorun jest tak potężny, może łatwo stopić i wyparować metal, ale przewodnik odprowadza ładunek z dala od budynku i zapobiega jego gromadzeniu się na nim. Eksperci zalecają stosowanie piorunochronów w każdym budynku.
Z dumą prezentujemy treść, która powstała w kooperacji z przemyslowebudownictwo.pl
Uziemienie
Połączenie między piorunochronem a uziemieniem dla piorunochronów wykonuje się z panelu elektrycznego w pobliżu licznika. Przewód, który łączy panel elektryczny z prętem uziemiającym, to zazwyczaj miedziany drut o średnicy 1/4 cala, który rozciąga się głęboko w glebie. Drut ten jest podłączony do pręta uziemiającego lub kilku prętów uziemiających, zwykle kilka cali pod powierzchnią. Podczas gdy pręt uziemiający nie może być łatwo skontrolowany, drut miedziany nie jest łatwo widoczny.
Istnieje kilka rodzajów przewodów uziemiających, w tym stal pokryta miedzią, lita miedź, stal nierdzewna i radial. Niektóre z nich są gwintowane, podczas gdy inne są niegwintowanymi prętami sekcyjnymi. Niezależnie od rodzaju zastosowanego uziomu, musi on mieć co najmniej dwie stopy kwadratowe powierzchni. Taka elektroda uziemiająca nie jest chroniona powłoką ani plastikową obudową.
Opór gleby może wzrosnąć, gdy następuje zmiana wilgotności i w czasie suszy. Z tego powodu w grę wchodzi prawo Moresa. Im więcej prętów gruntowych jest, tym większy opór będzie generować. Podłączenie zbyt wielu prętów może być niebezpieczne, ponieważ opór pomiędzy dwoma systemami uziemienia jest większy niż 40 Ohm. Ponadto, pręty uziemiające mogą ulec uszkodzeniu z czasem, a nawet mogą zostać przesunięte przez sprzęt krajobrazowy lub nieostrożną instalację innego sprzętu.
Powodem zainstalowania piorunochronu jest ochrona budynku przed skutkami wyładowań atmosferycznych. Piorun ma tendencję do uderzania w najwyższy obiekt w pobliżu, dlatego pręt uziemiający pomoże skierować prądy do ziemi. Stosowanie piorunochronu jest również zalecane na statkach i innych konstrukcjach. Powinien być zainstalowany zgodnie z wymaganiami NFPA 780, który posiada pomocne informacje i wskazówki dotyczące instalacji piorunochronów.
Urządzenie kończące uderzenie
Jednym z najczęstszych podejść do ochrony przed piorunami jest użycie piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie. Piorunochrony, znane również jako „pręty oświetleniowe”, są dużymi metalowymi strukturami, które przechwytują bezpośrednie uderzenie pioruna w preferowanym punkcie i przewodzą je do ziemi. Skuteczne urządzenia kończące uderzenie są ważne dla zmniejszenia ryzyka wystąpienia błysku bocznego i innych efektów promieniowania elektromagnetycznego prądu impulsowego w konstrukcji. Piorunochrony powinny być krótkie i proste oraz powinny wykorzystywać pierścienie wyrównujące potencjały, aby zapewnić bezproblemowe połączenie z resztą systemu ochrony odgromowej.
Piorunochrony to zazwyczaj metalowe pręty montowane na dachu konstrukcji, których zadaniem jest ochrona konstrukcji przed uderzeniami pioruna. Ponieważ pręt stanowi początkowy punkt kontaktu, piorun nie może przejść przez strukturę, co spowodowałoby ryzyko porażenia prądem lub pożaru. Technologia prętów odgromowych jest znana od 250 lat. Benjaminowi Franklinowi przypisuje się opracowanie piorunochronu, a był on przeznaczony do ochrony struktur.
Metoda piorunochronu Franklina zyskała pewną wiarygodność, gdy użył piorunochronu morskiego. Wkrótce po pierwszych badaniach Franklina, morski piorunochron został opracowany. Morski piorunochron jest dziś używany do wykrywania i zatrzymywania uderzeń pioruna i może być przypięty do konkretnych obiektów. Zalety stosowania piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie są liczne. Nadal jednak kluczowe jest zwrócenie uwagi na to, że piorunochron jest zjawiskiem złożonym, o wielu zmiennych.
Idealnie, podziemna część zespołu piorunochronu powinna być zlokalizowana w obszarze, gdzie ziemia ma wysoką przewodność. Aby zwiększyć połączenie elektryczne z ziemią, przewód podziemny można zasypać solą. Reaktancja indukcyjna przewodu odgromowego jest znacznie ważniejsza niż jego rezystancja. Wreszcie, promień puchacza powinien być krótki i mieć duży promień. Wynika to z faktu, że piorun może łukiem przechodzić przez przeszkody znajdujące się na jego drodze.
Isolated down conductor
Isolated down conductor w systemie ochrony odgromowej wykorzystuje te same materiały i pole przekroju poprzecznego, co inne przewody dolne zgodne z normami IEC. Jednakże izolowany przewód odprowadzający jest również znacznie bardziej skuteczny w redukcji bocznych błysków, które stanowią problem dla krytycznych urządzeń elektronicznych. W typowym scenariuszu wdrożenia, izolowany przewodnik w dół jest instalowany na wysokim maszcie nośnym. Osiąga się to poprzez zastosowanie projektu IEC 62305 protection angle method (PAM).
StandardyULiCSAwymagają, aby każdy komponent spełniał pewne minimalne wymagania, aby został zatwierdzony do stosowania w systemach ochrony odgromowej. Underwriters Laboratories (UL) testuje komponenty materiałów ochrony odgromowej w celu umieszczenia ich na liście i oznakowania. Konstrukcja przewodu maksymalizuje powierzchnię przewodzenia pioruna, a jednocześnie jest wystarczająco elastyczna, aby można ją było zginać i obracać. Podstawy zacisków powietrznych i złączki służą do przeniesienia uderzenia z urządzenia końcowego do przewodu. Elektrody uziemiające są niezbędne do utrzymania właściwego kontaktu z ziemią i muszą spełniać wymagania dotyczące przydatności w cyklu życia w różnych składach gleby.
BS EN 62305-4 podaje szczegóły dotyczące instalacji środków ochrony dla systemów elektrycznych i elektronicznych w obrębie konstrukcji. Normy te określają projekt, instalację, kontrolę i konserwację urządzeń ochrony odgromowej. Izolowane przewody w dół są ważne dla konstrukcji, szczególnie w strefach zagrożenia i budynkach wysokich, ponieważ minimalizują ryzyko uszkodzenia przez impulsy elektromagnetyczne. Muszą być jednak zainstalowane w sposób umożliwiający im zapewnienie dwóch ścieżek do ziemi.
Izolowane przewody w dół dla systemów ochrony odgromowej mogą zmniejszyć środki ochrony przeciwprzepięciowej nawet o 80%. Ponieważ wyładowania atmosferyczne mają dużą moc, muszą być umieszczone na najbardziej zewnętrznych krawędziach struktur, aby uniknąć prądu pod budynkiem. Inną możliwością jest uziemienie wewnątrz budynku. W zależności od konstrukcji budowli, konieczne może być zastosowanie przewodów odprowadzających. Należy pamiętać, aby izolacja między systemem uziemienia a samą konstrukcją była jak najmniejsza.
Eksperyment piorunowy Franklina
W 1786 roku Benjamin Franklin, naukowiec z Filadelfii, zaproponował eksperyment, który udowodnił związek między piorunem a metalowym kluczem. Nadmuchując metalowy latawiec i wkładając w jego środek metalowy klucz, z powodzeniem wykazał, że klucz jest naładowany elektrostatycznie, a efektem tego była iskra elektryczna. Eksperymenty Franklina udowodniły, że błyskawice były dużymi wyładowaniami elektrostatycznymi i były spowodowane ładunkiem elektrycznym w powietrzu.
Oryginalny eksperyment z latawcem Franklina został zaprojektowany tak, aby nie był dostępny, więc sprawił, że jeden z nich unosił się na wietrze. Klucz przymocowany do sznurka sterował latawcem ze schronu, a mokry sznurek przewodził prąd do małego słoika Leydena na ziemi. Przywiązał też klucz do sznurka, aby nie zostać trafionym przez piorun. Ostatecznie nie został uderzony przez piorun, ale zaobserwował, że latawiec pozostawał na powierzchni przez kilka miesięcy po początkowym zdarzeniu. Eksperyment ten miał tak duże znaczenie, że przyczynił się do powstania wielu piorunochronów. Pręty Franklina zyskały popularność w Ameryce Północnej i Europie.
Nie mniej jednak eksperyment z piorunami Franklina był przełomem dla naukowców. Pomimo braku chmury gromu, mógł on uzyskać ten sam wynik, używając po prostu przewodowego parasola połączonego ze słojem lejdejskim. Ładunek elektryczny w deszczu i śniegu jest naładowany dodatnio. Stąd użycie przewodowego parasola mogło być równie skuteczne, jak połączenie słoika lejdejskiego z metalowym prętem.
Chociaż piorunochron został skopiowany we Francji i Europie, jego oryginalną wersję opracował Benjamin Franklin. Był on wybitną osobowością swoich czasów, zdobywając wiele honorów i uznanie organizacji po obu stronach Atlantyku. Wpłynął nawet na Francuzów, aby sfinansowali rewolucję amerykańską przez Francję. Współczesna wersja eksperymentu Franklina z błyskawicą jest jeszcze bardziej niesamowita. Był on wszechstronnie utalentowanym pisarzem, który został dyplomatą.
Elektryczna natura pioruna
Kilka badań naukowych ujawniło, że elektryczną naturę pioruna można przypisać Benjaminowi Franklinowi, pierwszemu naukowcowi Ameryki. Naukowiec odkrył zjawisko pioruna po puszczeniu latawca podczas burzy. Jego zainteresowanie elektrycznością doprowadziło go do odkrycia i udoskonalenia piorunochronu oraz do stworzenia kilku terminów, które są nadal powszechnie stosowane w nauce o elektryczności. Ekspozycja Gwinnett Environmental and Heritage Center’s Electricity from the Franklin Institute zaprasza zwiedzających do doświadczenia procesu naukowego poprzez bycie samemu naukowcem.
Słynny eksperyment z piorunami Franklina, przeprowadzony z latawcem, był pierwszym dowodem na to, że burze są wypełnione elektrycznością. Ten przełomowy eksperyment jest tylko jednym z setek historycznych prac naukowych dostępnych online. Elektroniczne archiwum Royal Society of London sięga do pierwszego czasopisma naukowego, opublikowanego w 1665 roku. Wśród innych znanych autorów i naukowców, którzy przyczynili się do powstania kolekcji prac naukowych, są Isaac Newton i Stephen Hawking. Royal Society zawarło również dziesiątki artykułów napisanych przez naukowców z całego świata, co świadczy o naukowej wartości kolekcji społeczeństwa.
Elektryczna natura błyskawicy nie jest w pełni zrozumiała, ale kilka teorii próbuje wyjaśnić, jak prąd podróżuje przez chmury. Teoria utrzymuje, że uderzenie pioruna podróżuje wzdłuż przewodu rozerwanych cząsteczek powietrza. Jony dodatnie są unoszone w górę przez ciepłe prądy wstępujące, podczas gdy jony ujemne są przyciągane do powierzchni ziemi przez przyciąganie głowy pioruna. Dalsze badania są potrzebne, aby lepiej zrozumieć zjawisko.
Wyładowanie elektrostatyczne w postaci burzy z piorunami jest najpotężniejszym pokazem elektrostatycznym w przyrodzie. Może być niebezpieczne dla życia ludzkiego i nigdy nie jest planowane. Burze z piorunami są często niepożądane, więc nikt nigdy nie jest na nie gotowy. Budzą ludzi w środku nocy, wysyłają dzieci do ich pokoi, przerywają południowe rozmowy, a nawet odwołują wypad na golfa. Same burze z piorunami zapierają dech w piersiach i pozostawiają dorosłych w zachwycie nad wyładowaniami elektrycznymi.
Jak działa piorunochron? Expert’s Answer
Piorunochron to gruby miedziany drut przymocowany do długiego miedzianego słupa uziemiającego. Chroni on budynki przed uderzeniami piorunów, zapewniając łatwiejszą drogę prądu do ziemi. Ponieważ piorun jest tak potężny, może łatwo stopić i wyparować metal, ale przewodnik przenosi ładunek z dala od budynku i zapobiega jego gromadzeniu się na nim. Eksperci zalecają stosowanie piorunochronów w każdym budynku.
Uziemienie
Połączenie między piorunochronem a uziemieniem dla piorunochronów wykonuje się z panelu elektrycznego w pobliżu licznika. Przewód, który łączy panel elektryczny z prętem uziemiającym, to zazwyczaj miedziany drut o średnicy 1/4 cala, który rozciąga się głęboko w glebie. Drut ten jest podłączony do pręta uziemiającego lub kilku prętów uziemiających, zwykle kilka cali pod powierzchnią. Podczas gdy pręt uziemiający nie może być łatwo skontrolowany, drut miedziany nie jest łatwo widoczny.
Istnieje kilka rodzajów przewodów uziemiających, w tym stal pokryta miedzią, lita miedź, stal nierdzewna i radial. Niektóre z nich są gwintowane, podczas gdy inne są niegwintowanymi prętami sekcyjnymi. Niezależnie od rodzaju zastosowanego uziomu, musi on mieć co najmniej dwie stopy kwadratowe powierzchni. Taka elektroda uziemiająca nie jest chroniona powłoką ani plastikową obudową.
Opór gleby może wzrosnąć, gdy następuje zmiana wilgotności i w czasie suszy. Z tego powodu w grę wchodzi prawo Moresa. Im więcej prętów gruntowych jest, tym większy opór będzie generować. Podłączenie zbyt wielu prętów może być niebezpieczne, ponieważ opór pomiędzy dwoma systemami uziemienia jest większy niż 40 Ohm. Ponadto, pręty uziemiające mogą ulec uszkodzeniu z czasem, a nawet mogą zostać przesunięte przez sprzęt krajobrazowy lub nieostrożną instalację innego sprzętu.
Powodem zainstalowania piorunochronu jest ochrona budynku przed skutkami wyładowań atmosferycznych. Piorun ma tendencję do uderzania w najwyższy obiekt w pobliżu, dlatego pręt uziemiający pomoże skierować prądy do ziemi. Stosowanie piorunochronu jest również zalecane na statkach i innych konstrukcjach. Powinien być zainstalowany zgodnie z wymaganiami NFPA 780, który posiada pomocne informacje i wskazówki dotyczące instalacji piorunochronów.
Urządzenie kończące uderzenie
Jednym z najczęstszych podejść do ochrony przed piorunami jest użycie piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie. Piorunochrony, znane również jako „pręty oświetleniowe”, są dużymi metalowymi strukturami, które przechwytują bezpośrednie uderzenie pioruna w preferowanym punkcie i przewodzą je do ziemi. Skuteczne urządzenia kończące uderzenie są ważne dla zmniejszenia ryzyka wystąpienia błysku bocznego i innych efektów promieniowania elektromagnetycznego prądu impulsowego w konstrukcji. Piorunochrony powinny być krótkie i proste oraz powinny wykorzystywać pierścienie wyrównujące potencjały, aby zapewnić bezproblemowe połączenie z resztą systemu ochrony odgromowej.
Piorunochrony to zazwyczaj metalowe pręty montowane na dachu konstrukcji, których zadaniem jest ochrona konstrukcji przed uderzeniami pioruna. Ponieważ pręt stanowi początkowy punkt kontaktu, piorun nie może przejść przez strukturę, co spowodowałoby ryzyko porażenia prądem lub pożaru. Technologia prętów odgromowych jest znana od 250 lat. Benjaminowi Franklinowi przypisuje się opracowanie piorunochronu, a był on przeznaczony do ochrony struktur.
Metoda piorunochronu Franklina zyskała pewną wiarygodność, gdy użył piorunochronu morskiego. Wkrótce po pierwszych badaniach Franklina, morski piorunochron został opracowany. Morski piorunochron jest dziś używany do wykrywania i zatrzymywania uderzeń pioruna i może być przypięty do konkretnych obiektów. Zalety stosowania piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie są liczne. Nadal jednak kluczowe jest zwrócenie uwagi na to, że piorunochron jest zjawiskiem złożonym, o wielu zmiennych.
Idealnie, podziemna część zespołu piorunochronu powinna być zlokalizowana w obszarze, gdzie ziemia ma wysoką przewodność. Aby zwiększyć połączenie elektryczne z ziemią, przewód podziemny można zasypać solą. Reaktancja indukcyjna przewodu odgromowego jest znacznie ważniejsza niż jego rezystancja. Wreszcie, promień puchacza powinien być krótki i mieć duży promień. Wynika to z faktu, że piorun może łukiem przechodzić przez przeszkody znajdujące się na jego drodze.
Isolated down conductor
Isolated down conductor w systemie ochrony odgromowej wykorzystuje te same materiały i pole przekroju poprzecznego, co inne przewody dolne zgodne z normami IEC. Jednakże izolowany przewód odprowadzający jest również znacznie bardziej skuteczny w redukcji bocznych błysków, które stanowią problem dla krytycznych urządzeń elektronicznych. W typowym scenariuszu wdrożenia, izolowany przewodnik w dół jest instalowany na wysokim maszcie nośnym. Osiąga się to poprzez zastosowanie projektu IEC 62305 protection angle method (PAM).
StandardyULiCSAwymagają, aby każdy komponent spełniał pewne minimalne wymagania, aby został zatwierdzony do stosowania w systemach ochrony odgromowej. Underwriters Laboratories (UL) testuje komponenty materiałów ochrony odgromowej w celu umieszczenia ich na liście i oznakowania. Konstrukcja przewodu maksymalizuje powierzchnię przewodzenia pioruna, a jednocześnie jest wystarczająco elastyczna, aby można ją było zginać i obracać. Podstawy zacisków powietrznych i złączki służą do przeniesienia uderzenia z urządzenia końcowego do przewodu. Elektrody uziemiające są niezbędne do utrzymania właściwego kontaktu z ziemią i muszą spełniać wymagania dotyczące przydatności w cyklu życia w różnych składach gleby.
BS EN 62305-4 podaje szczegóły dotyczące instalacji środków ochrony dla systemów elektrycznych i elektronicznych w obrębie konstrukcji. Normy te określają projekt, instalację, kontrolę i konserwację urządzeń ochrony odgromowej. Izolowane przewody w dół są ważne dla konstrukcji, szczególnie w strefach zagrożenia i budynkach wysokich, ponieważ minimalizują ryzyko uszkodzenia przez impulsy elektromagnetyczne. Muszą być jednak zainstalowane w sposób umożliwiający im zapewnienie dwóch ścieżek do ziemi.
Izolowane przewody w dół dla systemów ochrony odgromowej mogą zmniejszyć środki ochrony przeciwprzepięciowej nawet o 80%. Ponieważ wyładowania atmosferyczne mają dużą moc, muszą być umieszczone na najbardziej zewnętrznych krawędziach struktur, aby uniknąć prądu pod budynkiem. Inną możliwością jest uziemienie wewnątrz budynku. W zależności od konstrukcji budowli, konieczne może być zastosowanie przewodów odprowadzających. Należy pamiętać, aby izolacja między systemem uziemienia a samą konstrukcją była jak najmniejsza.
Eksperyment piorunowy Franklina
W 1786 roku Benjamin Franklin, naukowiec z Filadelfii, zaproponował eksperyment, który udowodnił związek między piorunem a metalowym kluczem. Nadmuchując metalowy latawiec i wkładając w jego środek metalowy klucz, z powodzeniem wykazał, że klucz jest naładowany elektrostatycznie, a efektem tego była iskra elektryczna. Eksperymenty Franklina udowodniły, że błyskawice były dużymi wyładowaniami elektrostatycznymi i były spowodowane ładunkiem elektrycznym w powietrzu.
Oryginalny eksperyment z latawcem Franklina został zaprojektowany tak, aby nie był dostępny, więc sprawił, że jeden z nich unosił się na wietrze. Klucz przymocowany do sznurka sterował latawcem ze schronu, a mokry sznurek przewodził prąd do małego słoika Leydena na ziemi. Przywiązał też klucz do sznurka, aby nie zostać trafionym przez piorun. Ostatecznie nie został uderzony przez piorun, ale zaobserwował, że latawiec pozostawał na powierzchni przez kilka miesięcy po początkowym zdarzeniu. Eksperyment ten miał tak duże znaczenie, że przyczynił się do powstania wielu piorunochronów. Pręty Franklina zyskały popularność w Ameryce Północnej i Europie.
Nie mniej jednak eksperyment z piorunami Franklina był przełomem dla naukowców. Pomimo braku chmury gromu, mógł on uzyskać ten sam wynik, używając po prostu przewodowego parasola połączonego ze słojem lejdejskim. Ładunek elektryczny w deszczu i śniegu jest naładowany dodatnio. Stąd użycie przewodowego parasola mogło być równie skuteczne, jak połączenie słoika lejdejskiego z metalowym prętem.
Chociaż piorunochron został skopiowany we Francji i Europie, jego oryginalną wersję opracował Benjamin Franklin. Był on wybitną osobowością swoich czasów, zdobywając wiele honorów i uznanie organizacji po obu stronach Atlantyku. Wpłynął nawet na Francuzów, aby sfinansowali rewolucję amerykańską przez Francję. Współczesna wersja eksperymentu Franklina z błyskawicą jest jeszcze bardziej niesamowita. Był on wszechstronnie utalentowanym pisarzem, który został dyplomatą.
Elektryczna natura pioruna
Kilka badań naukowych ujawniło, że elektryczną naturę pioruna można przypisać Benjaminowi Franklinowi, pierwszemu naukowcowi Ameryki. Naukowiec odkrył zjawisko pioruna po puszczeniu latawca podczas burzy. Jego zainteresowanie elektrycznością doprowadziło go do odkrycia i udoskonalenia piorunochronu oraz do stworzenia kilku terminów, które są nadal powszechnie stosowane w nauce o elektryczności. Ekspozycja Gwinnett Environmental and Heritage Center’s Electricity from the Franklin Institute zaprasza zwiedzających do doświadczenia procesu naukowego poprzez bycie samemu naukowcem.
Słynny eksperyment z piorunami Franklina, przeprowadzony z latawcem, był pierwszym dowodem na to, że burze są wypełnione elektrycznością. Ten przełomowy eksperyment jest tylko jednym z setek historycznych prac naukowych dostępnych online. Elektroniczne archiwum Royal Society of London sięga do pierwszego czasopisma naukowego, opublikowanego w 1665 roku. Wśród innych znanych autorów i naukowców, którzy przyczynili się do powstania kolekcji prac naukowych, są Isaac Newton i Stephen Hawking. Royal Society zawarło również dziesiątki artykułów napisanych przez naukowców z całego świata, co świadczy o naukowej wartości kolekcji społeczeństwa.
Elektryczna natura błyskawicy nie jest w pełni zrozumiała, ale kilka teorii próbuje wyjaśnić, jak prąd podróżuje przez chmury. Teoria utrzymuje, że uderzenie pioruna podróżuje wzdłuż przewodu rozerwanych cząsteczek powietrza. Jony dodatnie są unoszone w górę przez ciepłe prądy wstępujące, podczas gdy jony ujemne są przyciągane do powierzchni ziemi przez przyciąganie głowy pioruna. Dalsze badania są potrzebne, aby lepiej zrozumieć zjawisko.
Wyładowanie elektrostatyczne w postaci burzy z piorunami jest najpotężniejszym pokazem elektrostatycznym w przyrodzie. Może być niebezpieczne dla życia ludzkiego i nigdy nie jest planowane. Burze z piorunami są często niepożądane, więc nikt nigdy nie jest na nie gotowy. Budzą ludzi w środku nocy, wysyłają dzieci do ich pokoi, przerywają południowe rozmowy, a nawet odwołują wypad na golfa. Same burze z piorunami zapierają dech w piersiach i pozostawiają dorosłych w zachwycie nad wyładowaniami elektrycznymi.
Jak działa piorunochron? Expert’s Answer
Piorunochron to gruby miedziany drut przymocowany do długiego miedzianego słupa uziemiającego. Chroni on budynki przed uderzeniami piorunów, zapewniając łatwiejszą drogę prądu do ziemi. Ponieważ piorun jest tak potężny, może łatwo stopić i wyparować metal, ale przewodnik przenosi ładunek z dala od budynku i zapobiega jego gromadzeniu się na nim. Eksperci zalecają stosowanie piorunochronów w każdym budynku.
Uziemienie
Połączenie między piorunochronem a uziemieniem dla piorunochronów wykonuje się z panelu elektrycznego w pobliżu licznika. Przewód, który łączy panel elektryczny z prętem uziemiającym, to zazwyczaj miedziany drut o średnicy 1/4 cala, który rozciąga się głęboko w glebie. Drut ten jest podłączony do pręta uziemiającego lub kilku prętów uziemiających, zwykle kilka cali pod powierzchnią. Podczas gdy pręt uziemiający nie może być łatwo skontrolowany, drut miedziany nie jest łatwo widoczny.
Istnieje kilka rodzajów przewodów uziemiających, w tym stal pokryta miedzią, lita miedź, stal nierdzewna i radial. Niektóre z nich są gwintowane, podczas gdy inne są niegwintowanymi prętami sekcyjnymi. Niezależnie od rodzaju zastosowanego uziomu, musi on mieć co najmniej dwie stopy kwadratowe powierzchni. Taka elektroda uziemiająca nie jest chroniona powłoką ani plastikową obudową.
Opór gleby może wzrosnąć, gdy następuje zmiana wilgotności i w czasie suszy. Z tego powodu w grę wchodzi prawo Moresa. Im więcej prętów gruntowych jest, tym większy opór będzie generować. Podłączenie zbyt wielu prętów może być niebezpieczne, ponieważ opór pomiędzy dwoma systemami uziemienia jest większy niż 40 Ohm. Ponadto, pręty uziemiające mogą ulec uszkodzeniu z czasem, a nawet mogą zostać przesunięte przez sprzęt krajobrazowy lub nieostrożną instalację innego sprzętu.
Powodem zainstalowania piorunochronu jest ochrona budynku przed skutkami wyładowań atmosferycznych. Piorun ma tendencję do uderzania w najwyższy obiekt w pobliżu, dlatego pręt uziemiający pomoże skierować prądy do ziemi. Stosowanie piorunochronu jest również zalecane na statkach i innych konstrukcjach. Powinien być zainstalowany zgodnie z wymaganiami NFPA 780, który posiada pomocne informacje i wskazówki dotyczące instalacji piorunochronów.
Urządzenie kończące uderzenie
Jednym z najczęstszych podejść do ochrony przed piorunami jest użycie piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie. Piorunochrony, znane również jako „pręty oświetleniowe”, są dużymi metalowymi strukturami, które przechwytują bezpośrednie uderzenie pioruna w preferowanym punkcie i przewodzą je do ziemi. Skuteczne urządzenia kończące uderzenie są ważne dla zmniejszenia ryzyka wystąpienia błysku bocznego i innych efektów promieniowania elektromagnetycznego prądu impulsowego w konstrukcji. Piorunochrony powinny być krótkie i proste oraz powinny wykorzystywać pierścienie wyrównujące potencjały, aby zapewnić bezproblemowe połączenie z resztą systemu ochrony odgromowej.
Piorunochrony to zazwyczaj metalowe pręty montowane na dachu konstrukcji, których zadaniem jest ochrona konstrukcji przed uderzeniami pioruna. Ponieważ pręt stanowi początkowy punkt kontaktu, piorun nie może przejść przez strukturę, co spowodowałoby ryzyko porażenia prądem lub pożaru. Technologia prętów odgromowych jest znana od 250 lat. Benjaminowi Franklinowi przypisuje się opracowanie piorunochronu, a był on przeznaczony do ochrony struktur.
Metoda piorunochronu Franklina zyskała pewną wiarygodność, gdy użył piorunochronu morskiego. Wkrótce po pierwszych badaniach Franklina, morski piorunochron został opracowany. Morski piorunochron jest dziś używany do wykrywania i zatrzymywania uderzeń pioruna i może być przypięty do konkretnych obiektów. Zalety stosowania piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie są liczne. Nadal jednak kluczowe jest zwrócenie uwagi na to, że piorunochron jest zjawiskiem złożonym, o wielu zmiennych.
Idealnie, podziemna część zespołu piorunochronu powinna być zlokalizowana w obszarze, gdzie ziemia ma wysoką przewodność. Aby zwiększyć połączenie elektryczne z ziemią, przewód podziemny można zasypać solą. Reaktancja indukcyjna przewodu odgromowego jest znacznie ważniejsza niż jego rezystancja. Wreszcie, promień puchacza powinien być krótki i mieć duży promień. Wynika to z faktu, że piorun może łukiem przechodzić przez przeszkody znajdujące się na jego drodze.
Isolated down conductor
Isolated down conductor w systemie ochrony odgromowej wykorzystuje te same materiały i pole przekroju poprzecznego, co inne przewody dolne zgodne z normami IEC. Jednakże izolowany przewód odprowadzający jest również znacznie bardziej skuteczny w redukcji bocznych błysków, które stanowią problem dla krytycznych urządzeń elektronicznych. W typowym scenariuszu wdrożenia, izolowany przewodnik w dół jest instalowany na wysokim maszcie nośnym. Osiąga się to poprzez zastosowanie projektu IEC 62305 protection angle method (PAM).
StandardyULiCSAwymagają, aby każdy komponent spełniał pewne minimalne wymagania, aby został zatwierdzony do stosowania w systemach ochrony odgromowej. Underwriters Laboratories (UL) testuje komponenty materiałów ochrony odgromowej w celu umieszczenia ich na liście i oznakowania. Konstrukcja przewodu maksymalizuje powierzchnię przewodzenia pioruna, a jednocześnie jest wystarczająco elastyczna, aby można ją było zginać i obracać. Podstawy zacisków powietrznych i złączki służą do przeniesienia uderzenia z urządzenia końcowego do przewodu. Elektrody uziemiające są niezbędne do utrzymania właściwego kontaktu z ziemią i muszą spełniać wymagania dotyczące przydatności w cyklu życia w różnych składach gleby.
BS EN 62305-4 podaje szczegóły dotyczące instalacji środków ochrony dla systemów elektrycznych i elektronicznych w obrębie konstrukcji. Normy te określają projekt, instalację, kontrolę i konserwację urządzeń ochrony odgromowej. Izolowane przewody w dół są ważne dla konstrukcji, szczególnie w strefach zagrożenia i budynkach wysokich, ponieważ minimalizują ryzyko uszkodzenia przez impulsy elektromagnetyczne. Muszą być jednak zainstalowane w sposób umożliwiający im zapewnienie dwóch ścieżek do ziemi.
Izolowane przewody w dół dla systemów ochrony odgromowej mogą zmniejszyć środki ochrony przeciwprzepięciowej nawet o 80%. Ponieważ wyładowania atmosferyczne mają dużą moc, muszą być umieszczone na najbardziej zewnętrznych krawędziach struktur, aby uniknąć prądu pod budynkiem. Inną możliwością jest uziemienie wewnątrz budynku. W zależności od konstrukcji budowli, konieczne może być zastosowanie przewodów odprowadzających. Należy pamiętać, aby izolacja między systemem uziemienia a samą konstrukcją była jak najmniejsza.
Eksperyment piorunowy Franklina
W 1786 roku Benjamin Franklin, naukowiec z Filadelfii, zaproponował eksperyment, który udowodnił związek między piorunem a metalowym kluczem. Nadmuchując metalowy latawiec i wkładając w jego środek metalowy klucz, z powodzeniem wykazał, że klucz jest naładowany elektrostatycznie, a efektem tego była iskra elektryczna. Eksperymenty Franklina udowodniły, że błyskawice były dużymi wyładowaniami elektrostatycznymi i były spowodowane ładunkiem elektrycznym w powietrzu.
Oryginalny eksperyment z latawcem Franklina został zaprojektowany tak, aby nie był dostępny, więc sprawił, że jeden z nich unosił się na wietrze. Klucz przymocowany do sznurka sterował latawcem ze schronu, a mokry sznurek przewodził prąd do małego słoika Leydena na ziemi. Przywiązał też klucz do sznurka, aby nie zostać trafionym przez piorun. Ostatecznie nie został uderzony przez piorun, ale zaobserwował, że latawiec pozostawał na powierzchni przez kilka miesięcy po początkowym zdarzeniu. Eksperyment ten miał tak duże znaczenie, że przyczynił się do powstania wielu piorunochronów. Pręty Franklina zyskały popularność w Ameryce Północnej i Europie.
Nie mniej jednak eksperyment z piorunami Franklina był przełomem dla naukowców. Pomimo braku chmury gromu, mógł on uzyskać ten sam wynik, używając po prostu przewodowego parasola połączonego ze słojem lejdejskim. Ładunek elektryczny w deszczu i śniegu jest naładowany dodatnio. Stąd użycie przewodowego parasola mogło być równie skuteczne, jak połączenie słoika lejdejskiego z metalowym prętem.
Chociaż piorunochron został skopiowany we Francji i Europie, jego oryginalną wersję opracował Benjamin Franklin. Był on wybitną osobowością swoich czasów, zdobywając wiele honorów i uznanie organizacji po obu stronach Atlantyku. Wpłynął nawet na Francuzów, aby sfinansowali rewolucję amerykańską przez Francję. Współczesna wersja eksperymentu Franklina z błyskawicą jest jeszcze bardziej niesamowita. Był on wszechstronnie utalentowanym pisarzem, który został dyplomatą.
Elektryczna natura pioruna
Kilka badań naukowych ujawniło, że elektryczną naturę pioruna można przypisać Benjaminowi Franklinowi, pierwszemu naukowcowi Ameryki. Naukowiec odkrył zjawisko pioruna po puszczeniu latawca podczas burzy. Jego zainteresowanie elektrycznością doprowadziło go do odkrycia i udoskonalenia piorunochronu oraz do stworzenia kilku terminów, które są nadal powszechnie stosowane w nauce o elektryczności. Ekspozycja Gwinnett Environmental and Heritage Center’s Electricity from the Franklin Institute zaprasza zwiedzających do doświadczenia procesu naukowego poprzez bycie samemu naukowcem.
Słynny eksperyment z piorunami Franklina, przeprowadzony z latawcem, był pierwszym dowodem na to, że burze są wypełnione elektrycznością. Ten przełomowy eksperyment jest tylko jednym z setek historycznych prac naukowych dostępnych online. Elektroniczne archiwum Royal Society of London sięga do pierwszego czasopisma naukowego, opublikowanego w 1665 roku. Wśród innych znanych autorów i naukowców, którzy przyczynili się do powstania kolekcji prac naukowych, są Isaac Newton i Stephen Hawking. Royal Society zawarło również dziesiątki artykułów napisanych przez naukowców z całego świata, co świadczy o naukowej wartości kolekcji społeczeństwa.
Elektryczna natura błyskawicy nie jest w pełni zrozumiała, ale kilka teorii próbuje wyjaśnić, jak prąd podróżuje przez chmury. Teoria utrzymuje, że uderzenie pioruna podróżuje wzdłuż przewodu rozerwanych cząsteczek powietrza. Jony dodatnie są unoszone w górę przez ciepłe prądy wstępujące, podczas gdy jony ujemne są przyciągane do powierzchni ziemi przez przyciąganie głowy pioruna. Dalsze badania są potrzebne, aby lepiej zrozumieć zjawisko.
Wyładowanie elektrostatyczne w postaci burzy z piorunami jest najpotężniejszym pokazem elektrostatycznym w przyrodzie. Może być niebezpieczne dla życia ludzkiego i nigdy nie jest planowane. Burze z piorunami są często niepożądane, więc nikt nigdy nie jest na nie gotowy. Budzą ludzi w środku nocy, wysyłają dzieci do ich pokoi, przerywają południowe rozmowy, a nawet odwołują wypad na golfa. Same burze z piorunami zapierają dech w piersiach i pozostawiają dorosłych w zachwycie nad wyładowaniami elektrycznymi.
Jak działa piorunochron? Expert’s Answer
Piorunochron to gruby miedziany drut przymocowany do długiego miedzianego słupa uziemiającego. Chroni on budynki przed uderzeniami piorunów, zapewniając łatwiejszą drogę prądu do ziemi. Ponieważ piorun jest tak potężny, może łatwo stopić i wyparować metal, ale przewodnik przenosi ładunek z dala od budynku i zapobiega jego gromadzeniu się na nim. Eksperci zalecają stosowanie piorunochronów w każdym budynku.
Uziemienie
Połączenie między piorunochronem a uziemieniem dla piorunochronów wykonuje się z panelu elektrycznego w pobliżu licznika. Przewód, który łączy panel elektryczny z prętem uziemiającym, to zazwyczaj miedziany drut o średnicy 1/4 cala, który rozciąga się głęboko w glebie. Drut ten jest podłączony do pręta uziemiającego lub kilku prętów uziemiających, zwykle kilka cali pod powierzchnią. Podczas gdy pręt uziemiający nie może być łatwo skontrolowany, drut miedziany nie jest łatwo widoczny.
Istnieje kilka rodzajów przewodów uziemiających, w tym stal pokryta miedzią, lita miedź, stal nierdzewna i radial. Niektóre z nich są gwintowane, podczas gdy inne są niegwintowanymi prętami sekcyjnymi. Niezależnie od rodzaju zastosowanego uziomu, musi on mieć co najmniej dwie stopy kwadratowe powierzchni. Taka elektroda uziemiająca nie jest chroniona powłoką ani plastikową obudową.
Opór gleby może wzrosnąć, gdy następuje zmiana wilgotności i w czasie suszy. Z tego powodu w grę wchodzi prawo Moresa. Im więcej prętów gruntowych jest, tym większy opór będzie generować. Podłączenie zbyt wielu prętów może być niebezpieczne, ponieważ opór pomiędzy dwoma systemami uziemienia jest większy niż 40 Ohm. Ponadto, pręty uziemiające mogą ulec uszkodzeniu z czasem, a nawet mogą zostać przesunięte przez sprzęt krajobrazowy lub nieostrożną instalację innego sprzętu.
Powodem zainstalowania piorunochronu jest ochrona budynku przed skutkami wyładowań atmosferycznych. Piorun ma tendencję do uderzania w najwyższy obiekt w pobliżu, dlatego pręt uziemiający pomoże skierować prądy do ziemi. Stosowanie piorunochronu jest również zalecane na statkach i innych konstrukcjach. Powinien być zainstalowany zgodnie z wymaganiami NFPA 780, który posiada pomocne informacje i wskazówki dotyczące instalacji piorunochronów.
Urządzenie kończące uderzenie
Jednym z najczęstszych podejść do ochrony przed piorunami jest użycie piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie. Piorunochrony, znane również jako „pręty oświetleniowe”, są dużymi metalowymi strukturami, które przechwytują bezpośrednie uderzenie pioruna w preferowanym punkcie i przewodzą je do ziemi. Skuteczne urządzenia kończące uderzenie są ważne dla zmniejszenia ryzyka wystąpienia błysku bocznego i innych efektów promieniowania elektromagnetycznego prądu impulsowego w konstrukcji. Piorunochrony powinny być krótkie i proste oraz powinny wykorzystywać pierścienie wyrównujące potencjały, aby zapewnić bezproblemowe połączenie z resztą systemu ochrony odgromowej.
Piorunochrony to zazwyczaj metalowe pręty montowane na dachu konstrukcji, których zadaniem jest ochrona konstrukcji przed uderzeniami pioruna. Ponieważ pręt stanowi początkowy punkt kontaktu, piorun nie może przejść przez strukturę, co spowodowałoby ryzyko porażenia prądem lub pożaru. Technologia prętów odgromowych jest znana od 250 lat. Benjaminowi Franklinowi przypisuje się opracowanie piorunochronu, a był on przeznaczony do ochrony struktur.
Metoda piorunochronu Franklina zyskała pewną wiarygodność, gdy użył piorunochronu morskiego. Wkrótce po pierwszych badaniach Franklina, morski piorunochron został opracowany. Morski piorunochron jest dziś używany do wykrywania i zatrzymywania uderzeń pioruna i może być przypięty do konkretnych obiektów. Zalety stosowania piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie są liczne. Nadal jednak kluczowe jest zwrócenie uwagi na to, że piorunochron jest zjawiskiem złożonym, o wielu zmiennych.
Idealnie, podziemna część zespołu piorunochronu powinna być zlokalizowana w obszarze, gdzie ziemia ma wysoką przewodność. Aby zwiększyć połączenie elektryczne z ziemią, przewód podziemny można zasypać solą. Reaktancja indukcyjna przewodu odgromowego jest znacznie ważniejsza niż jego rezystancja. Wreszcie, promień puchacza powinien być krótki i mieć duży promień. Wynika to z faktu, że piorun może łukiem przechodzić przez przeszkody znajdujące się na jego drodze.
Isolated down conductor
Isolated down conductor w systemie ochrony odgromowej wykorzystuje te same materiały i pole przekroju poprzecznego, co inne przewody dolne zgodne z normami IEC. Jednakże izolowany przewód odprowadzający jest również znacznie bardziej skuteczny w redukcji bocznych błysków, które stanowią problem dla krytycznych urządzeń elektronicznych. W typowym scenariuszu wdrożenia, izolowany przewodnik w dół jest instalowany na wysokim maszcie nośnym. Osiąga się to poprzez zastosowanie projektu IEC 62305 protection angle method (PAM).
StandardyULiCSAwymagają, aby każdy komponent spełniał pewne minimalne wymagania, aby został zatwierdzony do stosowania w systemach ochrony odgromowej. Underwriters Laboratories (UL) testuje komponenty materiałów ochrony odgromowej w celu umieszczenia ich na liście i oznakowania. Konstrukcja przewodu maksymalizuje powierzchnię przewodzenia pioruna, a jednocześnie jest wystarczająco elastyczna, aby można ją było zginać i obracać. Podstawy zacisków powietrznych i złączki służą do przeniesienia uderzenia z urządzenia końcowego do przewodu. Elektrody uziemiające są niezbędne do utrzymania właściwego kontaktu z ziemią i muszą spełniać wymagania dotyczące przydatności w cyklu życia w różnych składach gleby.
BS EN 62305-4 podaje szczegóły dotyczące instalacji środków ochrony dla systemów elektrycznych i elektronicznych w obrębie konstrukcji. Normy te określają projekt, instalację, kontrolę i konserwację urządzeń ochrony odgromowej. Izolowane przewody w dół są ważne dla konstrukcji, szczególnie w strefach zagrożenia i budynkach wysokich, ponieważ minimalizują ryzyko uszkodzenia przez impulsy elektromagnetyczne. Muszą być jednak zainstalowane w sposób umożliwiający im zapewnienie dwóch ścieżek do ziemi.
Izolowane przewody w dół dla systemów ochrony odgromowej mogą zmniejszyć środki ochrony przeciwprzepięciowej nawet o 80%. Ponieważ wyładowania atmosferyczne mają dużą moc, muszą być umieszczone na najbardziej zewnętrznych krawędziach struktur, aby uniknąć prądu pod budynkiem. Inną możliwością jest uziemienie wewnątrz budynku. W zależności od konstrukcji budowli, konieczne może być zastosowanie przewodów odprowadzających. Należy pamiętać, aby izolacja między systemem uziemienia a samą konstrukcją była jak najmniejsza.
Eksperyment piorunowy Franklina
W 1786 roku Benjamin Franklin, naukowiec z Filadelfii, zaproponował eksperyment, który udowodnił związek między piorunem a metalowym kluczem. Nadmuchując metalowy latawiec i wkładając w jego środek metalowy klucz, z powodzeniem wykazał, że klucz jest naładowany elektrostatycznie, a efektem tego była iskra elektryczna. Eksperymenty Franklina udowodniły, że błyskawice były dużymi wyładowaniami elektrostatycznymi i były spowodowane ładunkiem elektrycznym w powietrzu.
Oryginalny eksperyment z latawcem Franklina został zaprojektowany tak, aby nie był dostępny, więc sprawił, że jeden z nich unosił się na wietrze. Klucz przymocowany do sznurka sterował latawcem ze schronu, a mokry sznurek przewodził prąd do małego słoika Leydena na ziemi. Przywiązał też klucz do sznurka, aby nie zostać trafionym przez piorun. Ostatecznie nie został uderzony przez piorun, ale zaobserwował, że latawiec pozostawał na powierzchni przez kilka miesięcy po początkowym zdarzeniu. Eksperyment ten miał tak duże znaczenie, że przyczynił się do powstania wielu piorunochronów. Pręty Franklina zyskały popularność w Ameryce Północnej i Europie.
Nie mniej jednak eksperyment z piorunami Franklina był przełomem dla naukowców. Pomimo braku chmury gromu, mógł on uzyskać ten sam wynik, używając po prostu przewodowego parasola połączonego ze słojem lejdejskim. Ładunek elektryczny w deszczu i śniegu jest naładowany dodatnio. Stąd użycie przewodowego parasola mogło być równie skuteczne, jak połączenie słoika lejdejskiego z metalowym prętem.
Chociaż piorunochron został skopiowany we Francji i Europie, jego oryginalną wersję opracował Benjamin Franklin. Był on wybitną osobowością swoich czasów, zdobywając wiele honorów i uznanie organizacji po obu stronach Atlantyku. Wpłynął nawet na Francuzów, aby sfinansowali rewolucję amerykańską przez Francję. Współczesna wersja eksperymentu Franklina z błyskawicą jest jeszcze bardziej niesamowita. Był on wszechstronnie utalentowanym pisarzem, który został dyplomatą.
Elektryczna natura pioruna
Kilka badań naukowych ujawniło, że elektryczną naturę pioruna można przypisać Benjaminowi Franklinowi, pierwszemu naukowcowi Ameryki. Naukowiec odkrył zjawisko pioruna po puszczeniu latawca podczas burzy. Jego zainteresowanie elektrycznością doprowadziło go do odkrycia i udoskonalenia piorunochronu oraz do stworzenia kilku terminów, które są nadal powszechnie stosowane w nauce o elektryczności. Ekspozycja Gwinnett Environmental and Heritage Center’s Electricity from the Franklin Institute zaprasza zwiedzających do doświadczenia procesu naukowego poprzez bycie samemu naukowcem.
Słynny eksperyment z piorunami Franklina, przeprowadzony z latawcem, był pierwszym dowodem na to, że burze są wypełnione elektrycznością. Ten przełomowy eksperyment jest tylko jednym z setek historycznych prac naukowych dostępnych online. Elektroniczne archiwum Royal Society of London sięga do pierwszego czasopisma naukowego, opublikowanego w 1665 roku. Wśród innych znanych autorów i naukowców, którzy przyczynili się do powstania kolekcji prac naukowych, są Isaac Newton i Stephen Hawking. Royal Society zawarło również dziesiątki artykułów napisanych przez naukowców z całego świata, co świadczy o naukowej wartości kolekcji społeczeństwa.
Elektryczna natura błyskawicy nie jest w pełni zrozumiała, ale kilka teorii próbuje wyjaśnić, jak prąd podróżuje przez chmury. Teoria utrzymuje, że uderzenie pioruna podróżuje wzdłuż przewodu rozerwanych cząsteczek powietrza. Jony dodatnie są unoszone w górę przez ciepłe prądy wstępujące, podczas gdy jony ujemne są przyciągane do powierzchni ziemi przez przyciąganie głowy pioruna. Dalsze badania są potrzebne, aby lepiej zrozumieć zjawisko.
Wyładowanie elektrostatyczne w postaci burzy z piorunami jest najpotężniejszym pokazem elektrostatycznym w przyrodzie. Może być niebezpieczne dla życia ludzkiego i nigdy nie jest planowane. Burze z piorunami są często niepożądane, więc nikt nigdy nie jest na nie gotowy. Budzą ludzi w środku nocy, wysyłają dzieci do ich pokoi, przerywają południowe rozmowy, a nawet odwołują wypad na golfa. Same burze z piorunami zapierają dech w piersiach i pozostawiają dorosłych w zachwycie nad wyładowaniami elektrycznymi.
Jak działa piorunochron? Expert’s Answer
Piorunochron to gruby miedziany drut przymocowany do długiego miedzianego słupa uziemiającego. Chroni on budynki przed uderzeniami piorunów, zapewniając łatwiejszą drogę prądu do ziemi. Ponieważ piorun jest tak potężny, może łatwo stopić i wyparować metal, ale przewodnik przenosi ładunek z dala od budynku i zapobiega jego gromadzeniu się na nim. Eksperci zalecają stosowanie piorunochronów w każdym budynku.
Uziemienie
Połączenie między piorunochronem a uziemieniem dla piorunochronów wykonuje się z panelu elektrycznego w pobliżu licznika. Przewód, który łączy panel elektryczny z prętem uziemiającym, to zazwyczaj miedziany drut o średnicy 1/4 cala, który rozciąga się głęboko w glebie. Drut ten jest podłączony do pręta uziemiającego lub kilku prętów uziemiających, zwykle kilka cali pod powierzchnią. Podczas gdy pręt uziemiający nie może być łatwo skontrolowany, drut miedziany nie jest łatwo widoczny.
Istnieje kilka rodzajów przewodów uziemiających, w tym stal pokryta miedzią, lita miedź, stal nierdzewna i radial. Niektóre z nich są gwintowane, podczas gdy inne są niegwintowanymi prętami sekcyjnymi. Niezależnie od rodzaju zastosowanego uziomu, musi on mieć co najmniej dwie stopy kwadratowe powierzchni. Taka elektroda uziemiająca nie jest chroniona powłoką ani plastikową obudową.
Opór gleby może wzrosnąć, gdy następuje zmiana wilgotności i w czasie suszy. Z tego powodu w grę wchodzi prawo Moresa. Im więcej prętów gruntowych jest, tym większy opór będzie generować. Podłączenie zbyt wielu prętów może być niebezpieczne, ponieważ opór pomiędzy dwoma systemami uziemienia jest większy niż 40 Ohm. Ponadto, pręty uziemiające mogą ulec uszkodzeniu z czasem, a nawet mogą zostać przesunięte przez sprzęt krajobrazowy lub nieostrożną instalację innego sprzętu.
Powodem zainstalowania piorunochronu jest ochrona budynku przed skutkami wyładowań atmosferycznych. Piorun ma tendencję do uderzania w najwyższy obiekt w pobliżu, dlatego pręt uziemiający pomoże skierować prądy do ziemi. Stosowanie piorunochronu jest również zalecane na statkach i innych konstrukcjach. Powinien być zainstalowany zgodnie z wymaganiami NFPA 780, który posiada pomocne informacje i wskazówki dotyczące instalacji piorunochronów.
Urządzenie kończące uderzenie
Jednym z najczęstszych podejść do ochrony przed piorunami jest użycie piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie. Piorunochrony, znane również jako „pręty oświetleniowe”, są dużymi metalowymi strukturami, które przechwytują bezpośrednie uderzenie pioruna w preferowanym punkcie i przewodzą je do ziemi. Skuteczne urządzenia kończące uderzenie są ważne dla zmniejszenia ryzyka wystąpienia błysku bocznego i innych efektów promieniowania elektromagnetycznego prądu impulsowego w konstrukcji. Piorunochrony powinny być krótkie i proste oraz powinny wykorzystywać pierścienie wyrównujące potencjały, aby zapewnić bezproblemowe połączenie z resztą systemu ochrony odgromowej.
Piorunochrony to zazwyczaj metalowe pręty montowane na dachu konstrukcji, których zadaniem jest ochrona konstrukcji przed uderzeniami pioruna. Ponieważ pręt stanowi początkowy punkt kontaktu, piorun nie może przejść przez strukturę, co spowodowałoby ryzyko porażenia prądem lub pożaru. Technologia prętów odgromowych jest znana od 250 lat. Benjaminowi Franklinowi przypisuje się opracowanie piorunochronu, a był on przeznaczony do ochrony struktur.
Metoda piorunochronu Franklina zyskała pewną wiarygodność, gdy użył piorunochronu morskiego. Wkrótce po pierwszych badaniach Franklina, morski piorunochron został opracowany. Morski piorunochron jest dziś używany do wykrywania i zatrzymywania uderzeń pioruna i może być przypięty do konkretnych obiektów. Zalety stosowania piorunochronu jako urządzenia kończącego uderzenie są liczne. Nadal jednak kluczowe jest zwrócenie uwagi na to, że piorunochron jest zjawiskiem złożonym, o wielu zmiennych.
Idealnie, podziemna część zespołu piorunochronu powinna być zlokalizowana w obszarze, gdzie ziemia ma wysoką przewodność. Aby zwiększyć połączenie elektryczne z ziemią, przewód podziemny można zasypać solą. Reaktancja indukcyjna przewodu odgromowego jest znacznie ważniejsza niż jego rezystancja. Wreszcie, promień puchacza powinien być krótki i mieć duży promień. Wynika to z faktu, że piorun może łukiem przechodzić przez przeszkody znajdujące się na jego drodze.
Isolated down conductor
Isolated down conductor w systemie ochrony odgromowej wykorzystuje te same materiały i pole przekroju poprzecznego, co inne przewody dolne zgodne z normami IEC. Jednakże izolowany przewód odprowadzający jest również znacznie bardziej skuteczny w redukcji bocznych błysków, które stanowią problem dla krytycznych urządzeń elektronicznych. W typowym scenariuszu wdrożenia, izolowany przewodnik w dół jest instalowany na wysokim maszcie nośnym. Osiąga się to poprzez zastosowanie projektu IEC 62305 protection angle method (PAM).
StandardyULiCSAwymagają, aby każdy komponent spełniał pewne minimalne wymagania, aby został zatwierdzony do stosowania w systemach ochrony odgromowej. Underwriters Laboratories (UL) testuje komponenty materiałów ochrony odgromowej w celu umieszczenia ich na liście i oznakowania. Konstrukcja przewodu maksymalizuje powierzchnię przewodzenia pioruna, a jednocześnie jest wystarczająco elastyczna, aby można ją było zginać i obracać. Podstawy zacisków powietrznych i złączki służą do przeniesienia uderzenia z urządzenia końcowego do przewodu. Elektrody uziemiające są niezbędne do utrzymania właściwego kontaktu z ziemią i muszą spełniać wymagania dotyczące przydatności w cyklu życia w różnych składach gleby.
BS EN 62305-4 podaje szczegóły dotyczące instalacji środków ochrony dla systemów elektrycznych i elektronicznych w obrębie konstrukcji. Normy te określają projekt, instalację, kontrolę i konserwację urządzeń ochrony odgromowej. Izolowane przewody w dół są ważne dla konstrukcji, szczególnie w strefach zagrożenia i budynkach wysokich, ponieważ minimalizują ryzyko uszkodzenia przez impulsy elektromagnetyczne. Muszą być jednak zainstalowane w sposób umożliwiający im zapewnienie dwóch ścieżek do ziemi.
Izolowane przewody w dół dla systemów ochrony odgromowej mogą zmniejszyć środki ochrony przeciwprzepięciowej nawet o 80%. Ponieważ wyładowania atmosferyczne mają dużą moc, muszą być umieszczone na najbardziej zewnętrznych krawędziach struktur, aby uniknąć prądu pod budynkiem. Inną możliwością jest uziemienie wewnątrz budynku. W zależności od konstrukcji budowli, konieczne może być zastosowanie przewodów odprowadzających. Należy pamiętać, aby izolacja między systemem uziemienia a samą konstrukcją była jak najmniejsza.
Eksperyment piorunowy Franklina
W 1786 roku Benjamin Franklin, naukowiec z Filadelfii, zaproponował eksperyment, który udowodnił związek między piorunem a metalowym kluczem. Nadmuchując metalowy latawiec i wkładając w jego środek metalowy klucz, z powodzeniem wykazał, że klucz jest naładowany elektrostatycznie, a efektem tego była iskra elektryczna. Eksperymenty Franklina udowodniły, że błyskawice były dużymi wyładowaniami elektrostatycznymi i były spowodowane ładunkiem elektrycznym w powietrzu.
Oryginalny eksperyment z latawcem Franklina został zaprojektowany tak, aby nie był dostępny, więc sprawił, że jeden z nich unosił się na wietrze. Klucz przymocowany do sznurka sterował latawcem ze schronu, a mokry sznurek przewodził prąd do małego słoika Leydena na ziemi. Przywiązał też klucz do sznurka, aby nie zostać trafionym przez piorun. Ostatecznie nie został uderzony przez piorun, ale zaobserwował, że latawiec pozostawał na powierzchni przez kilka miesięcy po początkowym zdarzeniu. Eksperyment ten miał tak duże znaczenie, że przyczynił się do powstania wielu piorunochronów. Pręty Franklina zyskały popularność w Ameryce Północnej i Europie.
Nie mniej jednak eksperyment z piorunami Franklina był przełomem dla naukowców. Pomimo braku chmury gromu, mógł on uzyskać ten sam wynik, używając po prostu przewodowego parasola połączonego ze słojem lejdejskim. Ładunek elektryczny w deszczu i śniegu jest naładowany dodatnio. Stąd użycie przewodowego parasola mogło być równie skuteczne, jak połączenie słoika lejdejskiego z metalowym prętem.
Chociaż piorunochron został skopiowany we Francji i Europie, jego oryginalną wersję opracował Benjamin Franklin. Był on wybitną osobowością swoich czasów, zdobywając wiele honorów i uznanie organizacji po obu stronach Atlantyku. Wpłynął nawet na Francuzów, aby sfinansowali rewolucję amerykańską przez Francję. Współczesna wersja eksperymentu Franklina z błyskawicą jest jeszcze bardziej niesamowita. Był on wszechstronnie utalentowanym pisarzem, który został dyplomatą.
Elektryczna natura pioruna
Kilka badań naukowych ujawniło, że elektryczną naturę pioruna można przypisać Benjaminowi Franklinowi, pierwszemu naukowcowi Ameryki. Naukowiec odkrył zjawisko pioruna po puszczeniu latawca podczas burzy. Jego zainteresowanie elektrycznością doprowadziło go do odkrycia i udoskonalenia piorunochronu oraz do stworzenia kilku terminów, które są nadal powszechnie stosowane w nauce o elektryczności. Ekspozycja Gwinnett Environmental and Heritage Center’s Electricity from the Franklin Institute zaprasza zwiedzających do doświadczenia procesu naukowego poprzez bycie samemu naukowcem.
Słynny eksperyment z piorunami Franklina, przeprowadzony z latawcem, był pierwszym dowodem na to, że burze są wypełnione elektrycznością. Ten przełomowy eksperyment jest tylko jednym z setek historycznych prac naukowych dostępnych online. Elektroniczne archiwum Royal Society of London sięga do pierwszego czasopisma naukowego, opublikowanego w 1665 roku. Wśród innych znanych autorów i naukowców, którzy przyczynili się do powstania kolekcji prac naukowych, są Isaac Newton i Stephen Hawking. Royal Society zawarło również dziesiątki artykułów napisanych przez naukowców z całego świata, co świadczy o naukowej wartości kolekcji społeczeństwa.
Elektryczna natura błyskawicy nie jest w pełni zrozumiała, ale kilka teorii próbuje wyjaśnić, jak prąd podróżuje przez chmury. Teoria utrzymuje, że uderzenie pioruna podróżuje wzdłuż przewodu rozerwanych cząsteczek powietrza. Jony dodatnie są unoszone w górę przez ciepłe prądy wstępujące, podczas gdy jony ujemne są przyciągane do powierzchni ziemi przez przyciąganie głowy pioruna. Dalsze badania są potrzebne, aby lepiej zrozumieć zjawisko.
Wyładowanie elektrostatyczne w postaci burzy z piorunami jest najpotężniejszym pokazem elektrostatycznym w przyrodzie. Może być niebezpieczne dla życia ludzkiego i nigdy nie jest planowane. Burze z piorunami są często niepożądane, więc nikt nigdy nie jest na nie gotowy. Budzą ludzi w środku nocy, wysyłają dzieci do ich pokoi, przerywają południowe rozmowy, a nawet odwołują wypad na golfa. Same burze z piorunami zapierają dech w piersiach i pozostawiają dorosłych w zachwycie nad wyładowaniami elektrycznymi.
Podobne tematy
