Skutki wyładowań atmosferycznych

Print image
Copy link image
time image Artykuł na: 6-9 minut
Skutki wyładowań atmosferycznych

Instalacja odgromowa jest w stanie uchronić nas przed niektórymi niebezpieczeństwami, które niosą ze sobą wyładowania atmosferyczne. Warto wiedzieć, jakie zagrożenia niosą ze sobą wyładowania atmosferyczne?

aktualizacja: 2017-02-27 12:23:14

Skutki mechaniczne wyładowań atmosferycznych

Proszę sobie wyobrazić, że gromada elektronów pędząca z prędkością w granicach dwóch tysięcy kilometrów na sekundę, niesie ze sobą niemałą energię kinetyczną! Jeśli spokojnie rozważymy jej wielkość, czyli średni ładunek jaki sobą reprezentuje, otrzymamy wielkość na poziomie 100 C (kulombów), a to oznacza, iż cała masa tej gromady wynosi około pół milionowej części grama. Niby niewiele, a jednak dokładnie licząc, energia kinetyczna takiej masy przekracza tysiąc dżuli, czyli jest nie tak wiele mniejsza od energii wystrzelonej kuli karabinowej! Powoduje też skutki porównywalne do wystrzelonej kuli.

Oddziaływanie cieplne

Prądy zasadniczego wyładowania atmosferycznego sięgają wartości 200 tysięcy amperów, a bywa, że i więcej. Co to może dla nas oznaczać? Wspomnijmy dla porównania, że prąd w domowych spawarkach, jakich powszechnie używamy, ma wartość najczęściej w zakresie zbliżonym do 200 amperów. To wystarcza do topienia stali i łączenia jej. Jakie więc będą skutki przepływu prądu o wielkości tysiąc razy większej?

Oczywiście, czas przepływu takiego prądu jest bardzo krótki, trwa od ułamka tysięcznej części sekundy do najwyżej kilku milisekund, jednak jego ogromna wartość nie pozostaje bez wpływu na miejsce uderzenia. Na przykład w dachu pokrytym blachodachówką dochodzi do jej wielomiejscowej perforacji, czyli wytopienia dziurek w miejscach gdzie nastąpiło przebicie warstwy ochronnej. Uszkodzeniu ulegają obudowy montowanych na dachu klimatyzatorów czy wentylatorów, a przepływający do ziemi prąd wyładowania rozgrzewa na swej drodze wszystkie metalowe elementy, ze skutkiem zależnym od ich rezystancji, a w praktyce – od ich przekroju. I tak, prąd piorunowy o wartości jaką przyjęliśmy, czyli 200 tysięcy amperów, podwyższa temperaturę pręta o przekroju  50 mm2  o ponad 200°C, natomiast drut o przekroju 25 mm2 zostaje wtedy stopiony!

Skutki napięciowe

W sytuacji bezpośredniego uderzenia w budynek, przy braku prawidłowo działającej instalacji odgromowej, zachodzi obawa nie kontrolowanego przepływu prądu piorunowego do ziemi. Pamiętając przy tym, że podczas wyładowaniu w przewodzący element dachu, napięcie pomiędzy tym punktem a ziemią sięga wartości milionów woltów, możemy spotkać się z bardzo niebezpiecznymi zjawiskami. Dla takich napięć nie istnieją żadne przerwy izolacyjne, przeskok ładunku z dachu do przewodów elektrycznych instalacji elektrycznej zewnętrznej domu, czy też poddasza, jest wysoce prawdopodobny, może więc wystąpić wniknięcie pioruna do wnętrza domu ze wszystkimi tegoż skutkami. Zniszczeniem urządzeń i/albo porażeniem znajdujących się wewnątrz osób.

Skutki wywołane przez pole elektryczne

 Sprzężenie na skutek działania pola elektrycznego.
Rys. Spinpol H.T.

Przy bezpośrednim wyładowaniu w budynek, niezależnie od tego, czy jest chroniony przez instalację odgromową czy też nie, pomiędzy miejscem wyładowania a ziemią wytworzy się napięcie elektryczne. Jeśli założymy, że jego wartość wynosi milion woltów (1 MV), a miejsce uderzenia pioruna znajduje się 10 metrów nad ziemią, to w przestrzeni powstanie pole elektryczne E o wartości 1 kV/cm (1 kilowolt na centymetr). W takiej sytuacji, dwa dowolne przewody położone wewnątrz budynku utworzą okładki kondensatora o jakiejś pojemności C.

Z kolei teoria mówi, że każdy kondensator umieszczony w polu elektrycznym wytwarza napięcie elektryczne, którego wielkość jest zależna od iloczynu pola E oraz odległości pomiędzy jego okładkami d.

Jeśli więc założymy, że taka odległość d wynosi 10 cm,  to z prostej zależności otrzymamy napięcie U = 10 000V. W sytuacji, kiedy obydwa przewody podłączone są do tego samego urządzenia, powstały kondensator rozładuje się w jego wnętrzu, powodując  uszkodzenie znajdujących się w nim, wrażliwych na przepięcia elementów.

Tak w uproszczeniu wygląda mechanizm jednej z przyczyn powstawania uszkodzeń w domowym sprzęcie elektronicznym, wywołanych uderzeniem pioruna.

Skutki działania pola magnetycznego

Sprzężenie na skutek działania pola magnetycznego.
Rys. Spinpol H.T.

Efekt sprzężenia elektromagnetycznego pomiędzy dwoma uzwojeniami jest zjawiskiem dobrze znanym i wykorzystywanym do budowy między innymi silników elektrycznych oraz transformatorów. Niestety, w przypadku wyładowania piorunowego, daje skutki niepożądane, bardziej nawet dotkliwe niż te wywoływane przez pole elektryczne.

 

Prąd wyładowania płynący w przewodzie odgromowym (lub w kanale wyładowczym, jeśli instalacji odgromowej brak) indukuje wokół siebie pole elektromagnetyczne H, ono zaś z kolei generuje w każdej przewodzącej pętli napięcie elektryczne w wysokości leżącej poza obszarem wytrzymałości napięciowej domowych urządzeń elektrycznych!

Dla zobrazowania wielkości zagrożenia podam, że w pętli z przewodów o wymiarach 10 x 10 metrów, usytuowanej w odległości 1 metr od przewodu odprowadzającego, powstaje impuls napięciowy rzędu pół miliona woltów!
Jest to zjawisko bardzo niekorzystne, tym bardziej, że powstały impuls przepięciowy jest przenoszony na sieć zasilającą i odczuwalny nawet w odległości do 2 kilometrów od miejsca wyładowania.

Stanisław Liberski
fot. PIRO4D / pixabay.com

Zdaniem naszych Czytelników

time image

Gość 750kV

25 Gru 2018, 06:12

Wspaniała publikacja, pisana zrozumiałym dla laika językiem. Dodam tylko, że wyładowania piorunowe generują impulsy o znacznej amplitudzie w dipolach pętlowych anten telewizyjnych, co uszkadza wzmacniacze przyantenowe. Dzieje się to w znacznych odległościach od wyładowania.

Wiecej na Forum BudujemyDom.pl

Dodaj komentarz

time image
time image
Warto wiedzieć dodatkowo:
Zobacz inne artykuły
Montaż systemu odgromowego - uziom
Montaż systemu odgromowego - uziom
Zadaj pytanie ekspertowi Masz wątpliwości lub dodatkowe pytania? Napisz do nas!
expert image
Akceptowane formaty plików: 'jpg', 'jpeg', 'gif', 'bmp', 'png'. Dodawanie wielu plików - wciśnij CTRL.
Administrator danych osobowych: AVT-Korporacja sp. z o.o. z siedzibą: ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. Cel przetwarzania danych: udzielenie odpowiedzi na zadane pytanie. Administrator danych osobowych: AVT-Korporacja sp. z o.o. z siedzibą: ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. Cel przetwarzania danych: udzielenie odpowiedzi na zadane pytanie. Okres przetwarzania danych: Twoje dane przetwarzane będą do czasu istnienia podstawy do ich przetwarzania – czyli w tym konkretnym przypadku, do czasu udzielenia odpowiedzi. Masz prawo do: dostępu do Twoich danych, ich sprostowania, usunięcia, ograniczenia przetwarzania, wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych lub ich przenoszenia. Możesz: odwołać zgodę na przetwarzanie Twoich danych osobowych, zażądać, by Twoje wszystkie dane zostały usunięte. Podstawy prawne: art. 5, 6, 12, 13 Ogólnego rozporządzenia o ochronie danych osobowych (RODO). Czytaj więcej
Dodano plik do wysłania
Poradnik
Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!
Budujemy Dom
9,95 zł tylko teraz!
Teraz za darmo!
Od teraz, dla wszystkich! Wystarczy, że się zalogujesz. A otrzymasz dostęp do wszystkich artykułów z papierowego BudujemyDom! Całkowicie za darmo!
Dom Energooszczędny Vademecum 2019

Dom Energooszczędny Vademecum

Jak zbudować dom energooszczędny

ABC Budowania 2019

ABC Budowania

To, co koniecznie musisz wiedzieć, żeby Twój pierwszy dom był dla Ciebie, a nie dla wroga

Wnętrza 2019

Wnętrza

Nowoczesne, stylowe, piękne wnętrza - zasady, porady, inspiracje

Czas na Wnętrze listopad 2019

Czas na Wnętrze

Od inspiracji do realizacji

Twój Dom Twój Styl 2019

Twój Dom Twój Styl

Poradnik shoppingowy

Budujemy Dom październik 2019

Budujemy Dom

Dla budujących dom i wykonawców

Dom Polski 2020

Dom Polski

Jak zbudować dom tańszy niż mieszkanie

Nowoczesne Instalacje 2020

Nowoczesne Instalacje

Jak zbudować dom energooszczędny