Semua orang ingin tahu apakah benar setelah sambaran petir, seorang warga Tiongkok jatuh ke tanah, segera melompat, melepaskan diri dan ingin melanjutkan perjalanan, namun sambaran petir kedua menjatuhkannya berulang kali tanpa berakibat fatal. Ada banyak cerita serupa. Buku dan majalah populer akan bercerita tentang kekalahan besar-besaran yang dialami para pemain sepak bola di stadion, penumpang di halte bus, dan hampir seluruh kawanan sapi di padang rumput. Cerita-ceritanya menyeramkan. Selusin orang berada di rumah sakit. Tapi di rumah sakit, bukan di kuburan. Mungkinkah bahaya petir dibesar-besarkan jika seseorang mampu menahan dampak langsungnya? Tapi siapa bilang dampaknya langsung? Seringkali hal ini tidak terjadi.
Pelepasan petir disertai dengan arus listrik yang kuat. Bahkan untuk sambaran petir rata-rata, nilainya mendekati 30.000 A, dan untuk sambaran petir yang paling kuat, nilainya hampir satu kali lipat lebih besar. Pada akhirnya, arus ini menyebar di dalam tanah ke seluruh volume bumi. Penangkal petir apa pun harus dibumikan. Untuk melakukan ini, konduktor pentanahan dipasang di penangkal petir. Ini dibentuk oleh satu atau lebih elektroda grounding bawah tanah, vertikal atau horizontal. Dari elektroda logam, arus mengalir ke tanah, di mana, seperti halnya konduktor mana pun, hukum Ohm berlaku. Hasil kali arus dan hambatan menghasilkan tegangan, dalam hal ini tegangan pada elektroda arde:
Ungkapan tersebut sepertinya sudah tidak asing lagi, tetapi masih kurang tepat, karena kita berbicara tentang tegangan dalam tanah, yang dianggap nol. Lagi pula, itu sebabnya mereka di-ground, agar tidak mendapat tegangan. Dan di sini ternyata terbalik, dan bukan dalam arti kiasan, tetapi dalam arti yang sebenarnya. Ketegangan mempengaruhi seseorang melalui kakinya, yang biasanya dan kokoh tertanam di tanah. Ini memerlukan penjelasan. Dan kita harus memulai dengan yang paling sederhana. Seberapa baik tanah merupakan konduktor? Jawabannya tampak jelas - tentu saja bagus, jika ahli listrik dan profesional keselamatan selalu berbicara tentang grounding. Sains dan teknologi terbiasa dengan penilaian tertentu. Kata banyak, sedikit, baik dan buruk tidak menjelaskan inti permasalahan. Kualitas konduktor dinilai berdasarkan resistivitasnya. Untuk tanah yang baik, tegangannya mendekati 100 Ohm*m - satu miliar kali lebih besar daripada baja hitam! Perbandingannya lebih dari meyakinkan. Volume yang sangat besar yang melaluinya arus petir menyebar di dalam tanah membantu.
Saya tidak ingin pembaca mengetahui saya memberikan deskripsi kualitatif, jadi saya akan segera beralih ke penilaian kuantitatif. Untuk melakukan ini, alih-alih voltase biasa, ada baiknya menggunakan parameter lain dari fisika sekolah. Kita akan berbicara tentang kuat medan listrik. Ini adalah nama yang diberikan untuk besarnya jatuh tegangan pada suatu media per satuan panjang, misalnya jatuh tegangan di dalam tanah sepanjang 1 m. Ngomong-ngomong, panjang 1 m adalah perkiraan panjang langkah seorang dewasa. Ingat, tegangan diukur dalam volt per meter. Jika kuat medan listrik dalam tanah E gr sama dengan 1 V/m, maka akan terjadi tegangan di antara kedua kaki seseorang dengan panjang l = 1 m.
Saatnya mengevaluasi medan listrik arus petir di dalam tanah. Bayangkan ia menyambar penangkal petir yang batang pentanahannya dibuat berbentuk belahan dengan diameter d = 0,5 m (panci atau kuali ukuran sedang untuk pilaf) dan dikubur di dalam tanah, seperti terlihat pada gambar Ara. 1. Arus petir IM akan mengalir secara simetris dari permukaan belahan logam, dimana massa jenisnya berada
Untuk sambaran petir rata-rata dengan arus 30.000 A, dalam kasus kita diperoleh j M ≈ 7,6 × 10 4 A/m 2. Berikut analogi lengkap hukum Ohm. Untuk memperoleh tegangan tanah E gr, rapat arus perlu dikalikan dengan resistivitas tanah ρ.
Bahkan jika kita fokus pada tanah yang sangat konduktif (ρ ≈ 100 Ohm*m), kita mendapatkan nilai yang sangat mengesankan yaitu 7.600.000 V/m. Tegangan pada panjang langkah 1 m di sini akan menjadi hampir delapan juta volt. Sulit membayangkan bahwa orang televisi Tiongkok akan mampu menanggung hal ini tanpa membahayakan kesehatannya. Kemungkinan besar, ritsleting kedua tidak diperlukan.
Nilai yang diperoleh di sini disebut oleh para ahli tegangan langkah (mereka juga mengatakan - ketegangan langkah). Penting untuk memahami bagaimana perubahannya di sekitar sambaran petir. Jika tanah di semua tempat sama, semuanya ditentukan oleh rapat arus petir. Saat Anda menjauh dari elektroda ground hemispherical, permukaan yang dilalui arus karena simetri akan tetap berbentuk hemispherical. dan jari-jarinya r akan terus bertambah. Bersamaan dengan itu, luas permukaan hemisfer yang “diisi” dengan arus akan meningkat, dan kepadatannya juga akan berkurang.
Kekuatan medan listrik juga akan mulai berkurang dengan cepat
Pada jarak r = 10 m dari jutaan awal dalam contoh kita, akan tersisa kurang dari 5.000 V/m. Hal ini juga sensitif, namun biasanya tidak berakibat fatal, karena durasi tegangan tinggi, seperti durasi arus petir, hampir tidak lebih dari 0,1 milidetik. Langkah bertegangan tinggi dapat dengan mudah menjatuhkan Anda, tetapi orang tersebut kemungkinan besar memiliki kekuatan yang cukup untuk bangkit.
Jika pembaca tidak bosan dengan angka-angka dan sudah mencapai garis ini, maka akan mudah baginya untuk memahami dari mana datangnya anjuran lama untuk tidak bersembunyi dari badai petir di bawah pohon besar. Karena tingginya yang signifikan, kemungkinan besar sambaran petir akan terjadi di sana. Ketika dipukul, arus akan mengalir melalui sistem akar pohon seperti melalui elektroda ground. Di dekat akar, medan listrik sangat kuat. Yang jelas berdiri disini tidak dianjurkan, duduk apalagi berbaring juga, karena panjang seseorang adalah dua kali panjang langkahnya.
Jika kita kembali ke angka-angkanya lagi, harus kita akui bahwa angka-angka tersebut sama sekali tidak berlebihan. Arus petir bahkan sebesar 100.000 A bukanlah hal yang jarang terjadi, dan resistivitas tanah bisa sepuluh kali lebih besar daripada yang digunakan dalam perkiraan. Oleh karena itu, tegangan langkah yang mengancam jiwa dapat dijaga pada jarak yang cukup jauh dari titik sambaran petir. Terakhir, bentuk elektroda arde harus diperhitungkan. Semua perkiraan di atas dibuat untuk elektroda arde hemisferis. Medan listriknya, seperti terlihat dari rumus di atas, berkurang dengan sangat cepat - berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Lebih sering, konduktor pembumian dipasang dari busbar atau batang panjang yang memiliki sedikit kemiripan dengan belahan bumi. Medan listrik mereka berkurang jauh lebih lambat. Akibatnya, radius pertemuan berbahaya dengan petir meningkat sangat nyata, terkadang hingga puluhan meter. Hal ini menjelaskan banyaknya korban jiwa di pantai atau di lapangan sepak bola.
Berikut adalah hasil penghitungan tegangan langkah untuk perangkat pembumian tipikal, yang direkomendasikan oleh standar proteksi petir domestik. Terdiri dari sebuah bus horizontal dengan panjang 10 m dan tiga batang vertikal masing-masing 5 m - dua di tepi bus dan satu di tengah. Resistivitas tanah 1000 Ohm*m (pasir tidak dibasahi), arus petir 100 kA. Ini adalah petir yang kuat - 98% pelepasan petir memiliki arus yang lebih kecil. Angka-angka pada grafik sangat mengesankan - ratusan kilovolt langsung di elektroda arde, lebih dari 70 kV pada jarak 15 m dan setidaknya 10 kV pada jarak 40 m.
Ketika Katedral Kristus Sang Juru Selamat sedang dipugar di Moskow, para perancang memperhitungkan bahwa mengingat tingginya yang cukup besar, sambaran petir akan terjadi hampir setiap tahun. Kemungkinan pukulan ini akan terjadi pada hari libur, dengan banyak orang berkumpul di teras rumah. Untuk menjamin keselamatan umat paroki, perlu dipastikan bahwa arus petir menyebar melalui sistem busbar bawah tanah yang sangat luas, sehingga meminimalkan tegangan langkah.
Medan listrik yang kuat di dalam tanah membawa gangguan lain. Ketika kekuatan medan meningkat menjadi 1 MV/m, ionisasi dimulai di dalam tanah. Dalam kondisi tertentu, hal ini menyebabkan tumbuhnya saluran plasma, yang meluncur di sepanjang permukaan tanah, sedikit masuk ke dalamnya. Saluran (dan mungkin ada beberapa saluran, seperti pada foto yang diambil di laboratorium ini) dapat berpindah dari titik masuknya arus petir.
puluhan meter. Faktanya, mereka harus dianggap sebagai kelanjutan dari petir, tidak hanya di udara, tetapi di sepanjang permukaan bumi. Harus dikatakan bahwa hal ini tidak mengurangi bahayanya, karena arus dalam saluran tersebut puluhan persen dari arus petir, dan suhunya jelas lebih tinggi dari 6000 0. Saya harap pembaca tidak perlu banyak imajinasi untuk membayangkan akibat kontak saluran tersebut dengan area kebocoran bahan bakar di rak pemuatan minyak atau dengan kabel bawah tanah, misalnya kabel telepon atau kabel yang mengontrol sistem mikroelektronik.
Pada tahun kemarau tahun 2010, televisi pusat menyiarkan laporan dari sebuah desa di wilayah Omsk yang terbakar habis akibat badai petir. Seorang koresponden Moskow bertanya kepada nenek-nenek desa: “Mengapa mereka tidak memadamkannya?” Mereka menjawab serempak; “Itu menakutkan – panah api merayapi tanah.” Coba lihat lagi fotonya. Apakah itu benar-benar terlihat seperti itu? Tak sia-sia para nenek merasa takut. Medan listrik pada saluran percikan tidak jauh berbeda dengan medan pada busbar logam. Mendekati mereka dapat dengan mudah berakhir dengan kematian.
Apa yang dihadirkan cukup meyakinkan diri akan kecerdikan petir. Anda telah memasang perlindungan yang andal dari atas dengan bantuan penangkal petir, dan penangkal petir itu menerobos ke arah Anda dengan manuver memutar, berjalan di sepanjang permukaan bumi. Itulah sebabnya hampir semua artikel populer diakhiri dengan imbauan untuk tidak melupakan para profesional. Bercanda dengan fenomena alam yang mengancam sangatlah beresiko dan tidak dapat diterima untuk menganggap remeh fenomena tersebut.
E.M.Bazelyan, Doktor Ilmu Teknik, Profesor
Institut Energi dinamai G.M. Krzhizhanovsky, Moskow
Krzhizhanovsky. Sambaran petir yang menyambar menara difoto secara bersamaan dari beberapa bangunan di sekitar Ostankino.
Teori pembentukan petir yang diterima saat ini adalah bahwa tumbukan partikel di awan menyebabkan munculnya muatan positif dan negatif dalam area yang luas. Ketika area besar yang bermuatan berlawanan cukup dekat satu sama lain, beberapa elektron dan ion, yang mengalir di antara keduanya, menciptakan saluran di mana partikel bermuatan lainnya mengejarnya - terjadi pelepasan petir. Udara memanas hingga 30 ribu derajat - lima kali lebih banyak dari suhu permukaan Matahari.
Media panas mengembang secara eksplosif dan menyebabkan gelombang kejut, yang dianggap sebagai guntur. Menariknya, petir tidak hanya terlihat di Bumi, tetapi juga di atmosfer Venus, Jupiter, dan Saturnus. Sekitar 2.000 badai petir terjadi di Bumi pada waktu yang bersamaan. Lebih dari 100 petir menyambar permukaan bumi setiap detiknya.
Mungkin banyak orang yang memperhatikan kilatan petir. Ternyata satu petir biasanya terdiri dari beberapa pelepasan yang masing-masing hanya berlangsung beberapa puluh sepersejuta detik. Ada dua jenis petir antara awan dan tanah: positif dan negatif. Pelepasan positif hanya terjadi pada 5% kasus, namun lebih kuat.
Diduga pelepasan positif itulah yang menyebabkan kebakaran hutan.
Sudah menjadi praktik umum saat ini untuk menghindari memasukkan teologi ke dalam penjelasan tentang kilat. Namun, perlu dicatat bahwa petir dianggap sebagai pesan dari para dewa di banyak kebudayaan. Penguasa petir yang paling terkenal mungkin adalah dewa Yunani kuno Zeus. Di Athena kuno, diyakini bahwa tempat sambaran petir disucikan oleh Zeus. Ahli guntur dan kilat terkenal lainnya adalah dewa Skandinavia Thor.Bangsa Romawi kuno percaya bahwa seseorang yang terbunuh oleh petir telah melakukan kesalahan di hadapan dewa Jupiter, dan tidak ada upacara penguburan yang dilakukan untuknya. Banyak orang membuat obat dari batu yang disambar petir. Bangsa Romawi, Hindu, dan Maya percaya bahwa jamur tumbuh di tempat yang tersambar petir.
Bisakah seseorang selamat dari sambaran petir?Ya. Seseorang memiliki peluang besar untuk selamat dari sambaran petir. Pertama, meskipun suhu saat keluarnya cairan sangat tinggi, biasanya tidak bertahan lama dan tidak selalu menyebabkan luka bakar yang serius. Kedua, arus petir utama sering melewati permukaan tubuh. Inilah sebabnya mengapa kebanyakan orang yang tersambar petir tidak mati. Menurut berbagai perkiraan, dari 5% hingga 30% dari mereka yang terkena dampak meninggal. Peluang Anda untuk bertahan hidup meningkat secara signifikan jika ada orang di sekitar Anda yang tahu cara melakukan pernapasan buatan dan pijat jantung.
Seringkali korban sambaran petir tampak mati, namun nyatanya mereka mengalami serangan jantung. Penggunaan pernapasan buatan dan pijat jantung segera dapat menghidupkan kembali mereka.Seorang Amerika bernama Roy Sullivan, yang berprofesi sebagai ahli kehutanan, masuk dalam Guinness Book of Records karena dia selamat dari tujuh sambaran petir yang dia alami antara tahun 1942 dan 1977. Dua kali rambut di kepalanya terbakar, ia menerima beberapa luka bakar di tubuhnya, namun selamat! Dia adalah seorang profesional sejati. Jangan mencoba mengulanginya.
Seberapa amankah berada di pesawat saat terjadi badai petir?
Menurut statistik, petir menyambar pesawat rata-rata tiga kali setahun, namun saat ini jarang menimbulkan konsekuensi serius. Kecelakaan penerbangan terparah akibat petir terjadi pada tanggal 8 Desember 1963 di atas Ecton di Maryland, AS. Kemudian petir yang menyambar pesawat menembus tangki bahan bakar cadangan sehingga menyebabkan terbakarnya seluruh pesawat. Akibat bencana ini, 82 orang meninggal dunia. Sejak tragedi ini, sejumlah perubahan telah dilakukan pada desain pesawat, dan pesawat modern kini cukup terlindungi dari sambaran petir. Namun, badai petir masih menimbulkan risiko yang signifikan bagi pesawat karena adanya arus naik dan turun yang kuat.Akankah mobil menyelamatkan Anda dari petir?
Cukup aman berada di dalam mobil saat terjadi petir jika bodi dan atapnya terbuat dari logam. Bagian dalam mobil yang terbuat dari karet dan plastik berfungsi sebagai isolator yang baik, dan arus petir utama biasanya melewati bagian luar bodi logam mobil. Suatu hari, petir yang kuat menyambar sebuah mobil yang melaju di sepanjang jalan raya di Iowa, AS. Mobil yang mogok itu berhenti, tetapi pengemudinya tetap aman dan sehat dan hanya merasa sangat ketakutan. Sistem kelistrikan mobil mati total, banyak lubang kecil di bodi logam, dan ban meleleh. Sebuah kawah kecil sedalam sekitar sepuluh sentimeter terbentuk di sekitar mobil. Namun akibat yang paling signifikan bagi pengemudi bernama Rod ini adalah setelah kejadian tersebut, kenalannya mulai bercanda memanggilnya Rod-Lightning.
Pertama-tama, petir merupakan fenomena yang sangat indah.
Kedua, petir mengatur jumlah nitrogen di udara yang dikonsumsi oleh pabrik. Namun terkadang petir menghasilkan keajaiban. Misalnya, menurut sebuah artikel yang diterbitkan di Scientific American pada tahun 1856, sambaran petir hebat yang menghantam tanah di kota Kensington, New Hampshire di Amerika Serikat menciptakan sebuah sumur dengan lebar sekitar 30 sentimeter dan kedalaman 3 meter, yang segera terisi dengan air. air bersih. Kasus luar biasa lainnya terjadi pada seorang pria, yang berprofesi sebagai tukang listrik, dari kota Greenwood di North Carolina. Setelah sambaran petir langsung yang menimpanya 31 tahun lalu, dia selamat, namun setelah itu dia benar-benar berhenti merasakan kedinginan. Sekarang dia bisa menghabiskan waktu berjam-jam di luar dengan pakaian musim panas pada suhu di bawah nol derajat tanpa merasa tidak nyaman. Ada cerita tentang bagaimana beberapa orang buta dapat melihat kembali setelah tersambar petir. Ada bukti yang dipublikasikan bahwa sambaran petir telah meningkatkan kemampuan intelektual seseorang, yang dibuktikan dengan tes psikologi. Seorang pria menyatakan bahwa setelah disambar petir dia menjadi "terlalu berlebihan" karena tidak ada lagi yang bisa memuaskannya.
Langkah-langkah keamananSecara umum, berada di dalam rumah saat terjadi petir cukup aman. Saat terjadi badai petir, Anda tidak boleh berbicara melalui telepon (kecuali nirkabel dan seluler), berpegangan pada pipa logam, atau memperbaiki kabel listrik.
Namun, dalam kasus yang jarang terjadi, petir juga bisa masuk ke dalam rumah.
Hal ini terjadi misalnya pada sebuah rumah di Denmark. Petir menembus cerobong asap, merobohkan plester di dinding ruang tamu, merobek tirai hingga tercabik-cabik dan menghancurkan jam dinding hingga berkeping-keping, meninggalkan seekor burung kenari yang duduk di sangkar di sebelah jam tanpa terluka... lalu petir, memecahkan 60 bingkai jendela dan semua cermin, melewati pintu menuju halaman belakang, membunuh seekor kucing dan babi di sana.Apakah hanya badai petir yang menghasilkan kilat?
Petir biasanya muncul saat terjadi badai petir, paling sering di musim panas atau musim semi. Jarang terjadi, tetapi petir menyambar di musim dingin saat hujan salju lebat dan badai salju. Petir musim dingin sangat kuat dan menghasilkan petir yang sangat keras dan panjang. Dalam beberapa kasus, petir juga terlihat di dalam awan asap raksasa di atas gunung berapi aktif. Misalnya, sambaran petir dan bahkan pusaran asap mini, yang mengingatkan pada tornado, menyertai lahirnya gunung berapi yang spektakuler di pulau Setsi dekat Islandia. Petir juga diketahui muncul dalam kepulan asap raksasa akibat kebakaran hutan.Di bagian bumi manakah yang paling banyak terjadi petir?
Ada mitos bahwa petir hanya bisa menyambar saat hujan. Faktanya, petir bisa merambat hingga sepuluh kilometer dari daerah yang sedang hujan.
Rupanya, dari sinilah ungkapan “baut dari biru” muncul. Studi terbaru mengenai kematian akibat sambaran petir menunjukkan bahwa sebagian besar kecelakaan terjadi setelah badai petir. Saat terjadi badai petir, orang biasanya bersembunyi dari hujan, namun begitu hujan berlalu, mereka keluar dari tempat berlindungnya. Namun, bahaya sambaran petir masih ada sekitar sepuluh menit atau bahkan lebih setelah hujan berhenti. Ingatlah bahwa jika Anda mendengar guntur, Anda masih berada dalam bahaya dekat dengan badai petir.
Menurut penelitian, petir lebih sering menyambar pohon ek dibandingkan spesies pohon lainnya. Sedangkan bagi manusia, statistik mengatakan bahwa petir lebih sering menyambar pria dibandingkan wanita. Di Inggris selama periode dua dekade, 85% korban tewas akibat sambaran petir adalah laki-laki. Sebuah studi baru-baru ini tentang kematian akibat petir di Florida, AS, menunjukkan bahwa 87% dari mereka yang terbunuh adalah laki-laki.
Kisah luar biasa terjadi pada suami wanita Bulgaria Marta Maikia. Pada tahun 1935, turis Amerika Randolph Eastman meminta untuk menunggu badai di rumahnya saat terjadi badai petir.
Seminggu kemudian mereka menikah, namun 2 bulan kemudian pria tersebut tewas tersambar petir. Martha Maikia kemudian menikah lagi, kali ini dengan seorang Prancis bernama Charles Morteau. Dan saat bepergian di Spanyol, suami keduanya juga tersambar petir.Meringkas sejumlah besar bukti memungkinkan untuk menyusun “potret” rata-rata bola petir. Paling sering berbentuk bola, tetapi mereka juga berbicara tentang petir berbentuk buah pir, oval, dan ubur-ubur. Ukurannya dalam banyak kasus berkisar antara 5 hingga 30 sentimeter, “masa pakai” biasanya sekitar 10 detik, tetapi terkadang lebih dari satu menit;
ia bergerak dengan kecepatan 0,5-1 meter per detik. Warnanya biasanya merah, oranye atau kuning, apalagi biru, putih atau biru tua. Bola petir bisa masuk ke dalam ruangan tidak hanya melalui jendela atau pintu yang terbuka. Terkadang berubah bentuk dan merembes ke celah sempit atau bahkan menembus kaca tanpa meninggalkan bekas apa pun di dalamnya.
Perilaku bola petir tidak dapat diprediksi. Kadang-kadang hilang begitu saja, dan dalam kasus lain meledak, kadang-kadang menyebabkan kerusakan yang signifikan. Ada hipotesis bahwa petir bola terjadi sebagai akibat dari pelepasan petir linier. Namun, dalam 20% kasus, petir bola diamati saat cuaca cerah.
Sebuah kejadian misterius dan tragis terjadi pada tahun 1978 dengan sekelompok pendaki di pegunungan Kaukasus Barat. Bola petir berupa bola tenis berwarna kuning cerah menembus tenda tempat lima orang tergeletak di malam hari. Mula-mula bola bergerak perlahan pada ketinggian satu meter di atas lantai, kemudian mulai menyerang pemanjat yang sedang tidur, membakar kantong tidur mereka. Di rumah sakit, korban ditemukan mengalami luka parah. Tapi ini bukan luka bakar - di beberapa tempat potongan otot terkoyak hingga ke tulang. Bola tersebut menewaskan seorang pendaki. Ahli olah raga internasional dalam pendakian gunung V. Kavunenko mengatakan sesuatu yang aneh: “Bukan petir bola yang beroperasi di sini... Binatang buas yang berapi-api itu mengejek kami untuk waktu yang lama dan terus-menerus...”
Saat ini, ada lebih dari seratus hipotesis yang mengklaim dapat menjelaskan esensi fisik bola petir.
Namun, tidak ada satupun yang dapat dikonfirmasi dengan tingkat keandalan yang memadai. Perilaku eksotis petir bola memberi ruang bagi fantasi yang paling tak terkendali. Seringkali dalam uraian saksi mata terdapat sikap terhadap petir sebagai makhluk hidup. Ada anggapan bahwa petir adalah analogi UFO atau makhluk dari dunia paralel dengan pikiran dan logika yang tidak dapat dipahami.
15. Tegangan lebih akibat sambaran petir langsung Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya SAYA melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding R tegangan dilepaskan kamu Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya R= melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding kata mereka Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya H. Ini sangat membuat stres. Misalnya kapan melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding mol = 100 kA dan tegangan dilepaskan z = 10 Ohm ternyata
R = 1000 kV. Kira-kira potensi yang sama akan terjadi di sekitar penangkal petir. Kabel bawah tanah di dekatnya akan mengambil potensi yang hampir sama dan, kecuali tindakan khusus diambil, akan meneruskannya sepanjang kabel di dalam bangunan yang dilindungi, menyebabkan kerusakan pada isolasi, yang tidak dirancang untuk tegangan tinggi. tegangan dilepaskan Mari kita ulangi situasi penting lainnya, dengan asumsi bahwa tiang penangkal petir logam secara bersamaan menjalankan fungsi tiang penerangan dan oleh karena itu isolator saluran udara yang memberi makan lampu terpasang padanya. Potensi tiang pada titik pemasangan isolator lampu jauh lebih tinggi daripada R, karena penurunan tegangan pada induktansi tiang (atau busbar konduktor bawah yang diletakkan di sepanjang tiang, jika tiang itu sendiri non-konduktor) ditambahkan ke penurunan tegangan pada elektroda arde. Amplitudo tegangan melintasi induktansi L tegangan dilepaskan sama dengan R, karena penurunan tegangan pada induktansi tiang (atau busbar konduktor bawah yang diletakkan di sepanjang tiang, jika tiang itu sendiri non-konduktor) ditambahkan ke penurunan tegangan pada elektroda arde. Amplitudo tegangan melintasi induktansi(L=/di dt )max, dimana ekspresi dalam tanda kurung menentukan laju pertumbuhan arus di bagian depan pulsa. Dalam menilai durasi rata-rata muka pulsa komponen petir pertama T L=/di f » 5 µs untuk arus 100 kA, mudah didapat ( Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya)maks" )max, dimana ekspresi dalam tanda kurung menentukan laju pertumbuhan arus di bagian depan pulsa. Dalam menilai durasi rata-rata muka pulsa komponen petir pertama mereka bilang/ R, karena penurunan tegangan pada induktansi tiang (atau busbar konduktor bawah yang diletakkan di sepanjang tiang, jika tiang itu sendiri non-konduktor) ditambahkan ke penurunan tegangan pada elektroda arde. Amplitudo tegangan melintasi induktansi f = 2´1010 A/s, yang untuk induktansi tegangan dilepaskan sama dengan R, karena penurunan tegangan pada induktansi tiang (atau busbar konduktor bawah yang diletakkan di sepanjang tiang, jika tiang itu sendiri non-konduktor) ditambahkan ke penurunan tegangan pada elektroda arde. Amplitudo tegangan melintasi induktansi(L=/di= 30 µH (tinggi tiang ~ 30 m) memberi tegangan dilepaskan)maks = 600 kV. Nilai keseluruhan tegangan dilepaskan mereka bilang = tegangan dilepaskan R+ tegangan dilepaskan konon itu sebabnya hampir semua ketegangan tegangan dilepaskan dermaga bertindak pada isolasi sirkuit daya relatif terhadap tanah, yang pada akhirnya menghalanginya. Ini adalah contoh tipikal tegangan lebih petir, yang sama-sama berbahaya bagi jaringan tegangan rendah dan saluran listrik tegangan tinggi, di mana kabel pendukung atau proteksi petir berfungsi sebagai penangkal petir.
16. Tegangan lebih yang disebabkan oleh petir
Ini adalah jenis tegangan lebih yang paling umum, yang disebabkan oleh medan elektromagnetik petir. Di sini kita akan membahas secara terpisah akibat perubahan medan magnet arus petir dan akibat perubahan muatan yang dibawa oleh salurannya mendekati tanah. Sampai batas tertentu, pembagian ini adalah sebuah konvensi, tetapi lebih mudah untuk memahami esensi masalah.
Jika rangkaian sembarang ditempatkan dalam medan magnet B, EMF induksi magnetik akan diinduksi di sirkuit tegangan dilepaskan pesulap" - SA B.Di sini A B=d B/D T– laju perubahan fluks magnet yang menembus kontur area S. Misalnya, rangkaian ini dibuat oleh sepasang kabel terpilin yang dihubungkan ke komputer. Kemudian luas rangkaiannya sangat kecil, sekitar 10 cm2 (berdasarkan kabel yang panjangnya beberapa meter). Mari kita asumsikan juga bahwa kawat membentang sepanjang dinding sebuah bangunan pada jarak tertentu r = 1 m dari konduktor bawah yang sejajar dengannya, yang mengalihkan arus petir dari penangkal petir ke tanah. Perkiraan di atas harus fokus pada tingkat pertumbuhan arus petir yang sangat tinggi A I. Dokumen peraturan saat ini memberi arti penting A Saya = 2∙1011 A/s. Laju pertumbuhan medan magnet yang berhubungan dengannya diperkirakan sebagai
,
dimana m0 = 4p∙10-7 H/m – permeabilitas magnetik dalam vakum. Dalam contoh yang sedang dipertimbangkan F B » 4∙104 V/m2 dan karenanya tegangan dilepaskan pesulap = - SF B » 40 V. Nilai yang diperoleh tidak boleh diabaikan. Ini adalah urutan besarnya lebih besar dari tegangan operasi sirkuit mikro modern dan tentunya akan merusaknya.
Gagasan tentang skala tegangan lebih yang berbeda diberikan oleh perkiraan untuk saluran listrik overhead dengan tegangan 220/380 V. Di sini, luas rangkaian yang dibentuk oleh kabel fasa dan netral dengan mudah dijangkau S= 100 m2. Bahkan sambaran petir dari kejauhan menyambar dari kejauhan R= 100 m dari saluran menyebabkan laju pertumbuhan rata-rata medan magnet sebesar ~ 400 V/m2, yang menghasilkan tegangan lebih sebesar 40 kV, yang tentunya berbahaya baik bagi gardu trafo maupun bagi konsumen yang disuplainya. 
Sekarang tentang komponen listrik dari tegangan lebih induksi. Hal ini disebabkan oleh adanya aliran muatan listrik yang diinduksi oleh medan listrik saluran petir. Muatan saluran tersebut cukup berat, sekitar 0,5 - 1 mC per meter panjangnya, dan medan listrik di dekat tanah yang dibangkitkannya berkali-kali lipat lebih besar daripada medan listrik awan petir. Skor berdasarkan bidang E mereka bilang » 200 kV/m tidak akan terlalu tinggi. Sekarang bayangkan sebuah konduktor dengan kapasitansi listrik DENGAN, ditempatkan di atas tanah pada ketinggian H. Ini bisa berupa kawat horizontal (misalnya antena), selubung logam dari suatu unit, atau struktur bangunan. Potensi dari muatan saluran petir cukup tinggi H, setara tegangan dilepaskan e = E R= H akan menginduksi muatan pada konduktor ground Q = C.U. e-mail Setelah sambaran petir ke tanah, ketika muatan salurannya dinetralkan dan medan listrik menghilang, muatan induksi mengalir dari konduktor ke dalam tanah melalui resistansi pentanahan. melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding H. Arus dari muatan yang mengalir akan menimbulkan penurunan tegangan pada konduktor relatif terhadap tanah. Ini bisa menjadi jumlah yang lumayan. Misalnya saja kapasitas suatu benda C = 1000 pF (panjang kawat sekitar 100 m), dan tinggi suspensinya di atas tanah adalah 5 m, maka muatan saluran petir akan menimbulkan potensial sebesar tegangan dilepaskan e = E R= H= 200´5 = 1000 kV. Akibatnya, biaya yang diinduksi akan menjadi Q = C.U. el = 10-9´106 = 10-3 Kl. Saat menetralkan bagian tanah dari saluran petir dalam waktu D T» Arus 1 μs akan mengalir melalui resistansi grounding konduktor Saya»
Q/D T= 10-3/10-6 = 1000 A, yang akan menyebabkan penurunan tegangan pada resistansi tanah melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding z = ukuran 10 Ohm tegangan dilepaskan e = Sayamelalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding z = 1000´10 = 10 kV.
17. Potensi selip yang tinggi 
Ungkapan yang tidak terlalu merdu dan tidak sepenuhnya akurat dalam proteksi petir ini mengacu pada pengiriman tegangan tinggi ke objek yang dilindungi melalui komunikasi di atas atau di bawah tanah. Benda itu sendiri tidak boleh tersambar petir secara langsung. Biarkan petir menyambar struktur yang sama sekali berbeda, pohon, atau bahkan tanah saja. Menyebar di tanah dekat struktur yang terkena dampak, arus petir akan menghasilkan tegangan yang sangat tinggi pada elektroda tanahnya, tegangan dilepaskan z = Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya R= melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding H. (misalnya 300 kV jika melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding jam = 10 Ohm, a Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya mol = 30 kA). Cangkang logam komunikasi, yang dihubungkan ke elektroda arde yang sama, akan berada di bawah tegangan yang sama. Gelombang tegangan dapat merambat dalam jarak yang jauh di sepanjang jalur komunikasi, terutama jika saluran tersebut berbasis tanah dan tidak membocorkan muatan listrik ke dalam tanah. Tetapi bahkan komunikasi bawah tanah pun dapat mengangkut gelombang tegangan tinggi dalam jarak ratusan meter tanpa redaman yang nyata. Semakin tinggi resistivitas tanah, semakin efisien transportasinya. Pada formasi batuan, pasir kering, atau tanah beku permanen, potensi penyimpangan yang tinggi berbahaya bahkan pada jarak beberapa kilometer.
Perhatian khusus harus diberikan pada komunikasi modern yang terbuat dari pipa plastik. Di dalamnya terdapat elektrolit (dalam kasus ekstrim, air keran, yang juga merupakan konduktor yang baik), cukup cocok untuk mentransmisikan tegangan tinggi jarak jauh, dan di bagian luar terdapat plastik berkualitas tinggi yang secara andal mengisolasi lingkungan internal dari kontak dengan tanah. Sekarang kebocoran ke dalam tanah telah dihilangkan sepenuhnya. Sangat mudah untuk membayangkan konsekuensi dari seseorang yang menyentuh keran logam dari komunikasi semacam itu. Berdiri di tanah dengan potensial nol, ia akan terkena tegangan penuh yang disalurkan melalui saluran cairan.
18. Tegangan lebih dari perambatan arus petir melalui selubung logam
Cangkang logam dianggap sebagai perisai elektromagnetik yang efektif. Namun, ini tidak sepenuhnya melindungi terhadap efek sambaran petir pada sirkuit internal. Penyebab terjadinya tegangan lebih dapat dengan mudah dipahami dari gambar berikut. Arus petir menyebar sepanjang cangkang logam yang panjangnya aku, menciptakan penurunan tegangan D di atasnya tegangan dilepaskan = melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding 0aku, Di mana melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding 0 – resistensi 
satuan panjang cangkang. Kawat bagian dalam terhubung ke bagian awal cangkang dan karenanya menerima potensinya pada titik kontak. Potensi ujung shell yang lain akibat penurunan tegangan dari arus Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya di D tegangan dilepaskan lebih sedikit. Artinya akan ada tegangan antara ujung penghantar bagian dalam dan ujung selubung tegangan dilepaskan e = D tegangan dilepaskan = melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding 0aku. Perkiraan berikut memungkinkan kita memahami nilai-nilai apa yang dapat kita bicarakan di sini. Biarkan panjang cangkang baja aku = 100 m, dan luas penampangnya 100 mm2. Maka resistansi liniernya adalah melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding 0 = 0,001 Ohm/m, yaitu dengan arus petir Para ahli menyebut tegangan lebih sebagai peningkatan tegangan jangka pendek dalam jaringan listrik di atas tingkat nominalnya. Di sini kita akan membahas tegangan lebih yang disebabkan oleh arus petir di lokasi sambaran. Situasi paling sederhana adalah ketika petir diserap oleh penangkal petir yang dipasang khusus. Arusnya= 100 kA akan mengakibatkan tegangan lebih tegangan dilepaskan e = melalui penangkal petir, kemudian melalui konduktor bawah memasuki elektroda arde dan menyebar di dalam tanah. Pada saat yang sama, pada resistensi grounding 0aku = 0,001´100´100 = 10 kV. Ini cukup untuk merusak isolasi kabel penerangan 220/380 V.
Analisis yang lebih teliti menunjukkan bahwa selubung logam tidak sepenuhnya melindungi terhadap tegangan lebih dalam sistem dua kabel. Faktanya adalah bahwa potensi yang diterima oleh konduktor internal bergantung pada lokasi internalnya. Semua konduktor hanya ekuivalen pada kulit berbentuk lingkaran. Jika penampang cangkang tidak melingkar (misalnya kotak persegi panjang), potensial konduktor akan berbeda dan tegangan akan muncul di antara keduanya. Biasanya, nilainya lipat lebih rendah dari nilai yang baru saja diperkirakan, tetapi ini juga cukup untuk merusak sirkuit mikro yang cocok untuk pasangan kabel.
19. Efek perlindungan penangkal petir
Sejak zaman Franklin dan Lomonosov, telah diterima bahwa petir diarahkan ke struktur tertinggi di permukaan bumi. Posisi ini masih dapat diterima saat ini, namun dengan peringatan mendasar: petir kemungkinan besar akan merambat menuju struktur tertinggi.
Kemungkinan mengalahkan yang lebih kecil juga bukan nol. Dari pertimbangan paling umum jelas bahwa probabilitas ini menurun seiring dengan meningkatnya perbedaan ketinggian. Artinya untuk proteksi yang andal, ketinggian penangkal petir harus lebih besar dari ketinggian benda yang dilindungi. Semakin besar keandalan yang diperlukan, maka penangkal petir harus semakin tinggi.
Penangkal petir sering kali dipilih berdasarkan zona perlindungannya. Diasumsikan bahwa keandalan proteksi tidak akan lebih rendah dari nilai yang ditentukan jika objek seluruhnya terletak di dalam zona proteksi. Untuk penangkal petir, zona proteksi direpresentasikan dalam bentuk kerucut, yang puncaknya terletak pada sumbu vertikal batang. Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa bagian atas zona harus ditempatkan di bawah bagian atas penangkal petir jika keandalan proteksi yang dijamin lebih besar dari 0,5. Untuk memverifikasi hal ini, cukup dengan mengasumsikan dua batang pentanahan yang berjarak dekat dengan ketinggian yang sama, dengan menganggap salah satunya adalah penangkal petir dan yang lainnya adalah benda. Jelas bahwa dalam jangka waktu pengamatan yang lama, penangkal petir akan menyerap sambaran petir dalam jumlah yang sama (50% keandalan proteksi). Untuk memastikan keandalan 0,9 atau 0,99, penangkal petir yang ditetapkan sebagai penangkal petir harus dibuat lebih tinggi agar dapat menyerap sebagian besar petir. Hal di atas juga berlaku untuk penangkal petir kabel.
Bahkan dengan perbedaan ketinggian yang sangat besar, penangkal petir tidak dapat memberikan perlindungan yang ideal. Dalam foto yang ditampilkan di sini, petir menyambar puncak menara TV Ostankino sejauh 202 m. Kasus ini tidak unik.
Dalam praktiknya, mereka beroperasi dengan keandalan perlindungan 0,9 atau 0,99 (satu dari 10 atau dari 100 sambaran petir menerobos ke objek yang dilindungi), jarang - 0,999. Untuk penangkal petir satu batang dengan ketinggian H£
Radius zona perlindungan 30 m dengan keandalan 0,9 di permukaan tanah adalah kira-kira R 0 = 1,5H. dan dengan reliabilitas 0,99 R 0 = 0,95H. Penggunaan sistem banyak penangkal petir secara signifikan memperluas zona perlindungan. Dengan lokasi yang masuk akal, volume terlindung bisa beberapa kali lebih besar daripada jumlah zona proteksi masing-masing penangkal petir secara individual. Ini banyak digunakan oleh para spesialis.
Jika Anda menghitung dan memasang penangkal petir dengan benar di atau di dekat atap rumah Anda, Anda tidak perlu khawatir atap akan terbakar. Bahkan dengan keandalan proteksi 0,9, kurang dari satu sambaran petir akan menembus rumah dengan ketinggian yang relatif kecil dalam 100 tahun. Sayangnya, penangkal petir seperti itu hampir tidak berpengaruh pada efek elektromagnetik petir. Dampak-dampak inilah yang menjadi penyebab utama terjadinya keadaan darurat.
20. Perlindungan terhadap efek elektromagnetik petir
Untuk teknologi modern ini adalah masalah yang paling penting. Perusahaan dengan staf ribuan orang mengembangkan dan memproduksi peralatan untuk melindungi sirkuit listrik, saluran telepon, saluran televisi, dan bahkan sarana untuk melindungi rumah Anda dari “tamu” yang tidak diinginkan dari pengaruh elektromagnetik.
Perangkat pelindung, apa pun desainnya, sering disebut penekan lonjakan arus. Bayangkan semacam rangkaian listrik dua kabel yang masuk ke rumah Anda. Misalnya, jaringan 220 V. Anda tidak akan mengalami masalah jika besarnya tegangan lebih petir di jaringan dibatasi pada tingkat yang aman untuk mengisolasi kabel internal dan peralatan yang terhubung ke jaringan (misalnya, TV). , oven microwave atau komputer). Pada tegangan operasi 220 V, isolasi akan menahan kenaikan tegangan 3 sampai 5 kali lipat, atau lebih. Artinya, di pintu masuk rumah perlu dipasang alat yang mencegah tegangan lebih naik lebih tinggi.
Sistem mekanis tidak cocok di sini karena kelembamannya. Setiap relai mekanis beroperasi dalam satuan hingga puluhan milidetik, dan tegangan lebih petir yang disebabkan oleh arus petir tumbuh sekitar 100 kali lebih cepat. Kecepatan yang dibutuhkan hanya disediakan oleh perangkat semikonduktor atau pelepasan gas. Saat ini keduanya berhasil digunakan.
Ide dasarnya adalah ini. Pada titik masuknya jaringan overhead ke dalam rumah, mesin cuci yang disinter dari seng oksida dipasang sejajar dengan kabel. Ketebalannya dipilih sedemikian rupa sehingga pada tegangan 220 V praktis tidak mengalirkan arus dan berperilaku sebagai isolator sempurna tanpa mempengaruhi rangkaian listrik. Namun, ketika terjadi tegangan lebih petir, konduktivitas mesin cuci meningkat dengan sangat cepat. Dalam sepersekian mikrodetik, ia mendekati konduktivitas konduktor logam. Hubungan pendek yang terjadi tidak memungkinkan tegangan lebih mengalir ke peralatan di dalam gedung dan tetap tidak rusak. Ketika arus petir padam dan tegangan lebih hilang, mesin cuci seng oksida kembali ke keadaan non-konduktif dalam sepersekian mikrodetik yang sama. Dalam waktu pengoperasian yang singkat, pemutus arus dan sekring tidak sempat beroperasi dan pasokan listrik ke rumah tidak terganggu.
Perangkat semikonduktor lainnya, varistor, bekerja dengan cara yang kurang lebih sama. Hanya tegangan operasinya yang berubah (bisa sangat rendah untuk melindungi teknologi mikroprosesor), namun prinsip operasinya tetap tidak berubah). Karena kesederhanaan desainnya, penekan lonjakan semikonduktor (SVR) banyak digunakan. Mereka dapat dipasang dalam wadah berukuran kecil, kira-kira sama dengan mesin rumah tangga, dan dapat dengan mudah dipasang pada peralatan switching konvensional. Namun, saat ini para ahli semakin beralih ke perangkat pelepasan gas yang sudah lama dan terkenal. Di dalamnya, sirkuit yang dilindungi ditutup bukan oleh mesin cuci semikonduktor, tetapi setelah kerusakan celah percikan pendek khusus.
Celah percikan berisi gas adalah perangkat yang lebih kompleks daripada pembatas semikonduktor. Itu harus mencakup alat untuk memutus busur dengan arus hubung singkat di jaringan listrik. Busur ini tidak bisa padam dengan sendirinya; ia padam dengan ledakan khusus. Tetapi celah percikan lebih dapat diandalkan, dan yang paling penting, tidak mengalami peningkatan tegangan yang tidak disengaja, tidak terlalu kuat, tetapi jangka panjang dalam jaringan listrik, katakanlah, ketika, karena ketidakseimbangan fasa, 270 - 300 V dipertahankan bukannya 220 V normal. Dari tegangan lebih seperti itu, oksida - mesin cuci seng terbuka sedikit, mulai mengalirkan arus, terlalu panas dan gagal. Hal seperti itu tidak mengancam kesenjangan percikan.
21. Mengapa petir bertentangan dengan amatir
Bab-bab yang Anda baca memberikan gambaran tentang senjata petir yang serbaguna. Bagaimanapun, salah satu senjatanya mungkin berhasil. Tidak mudah bagi seseorang jika, setelah berhasil melindungi strukturnya dari sambaran petir langsung, ia mengalami potensi penyimpangan yang tinggi, tegangan berlebih petir pada jaringan listrik, atau kegagalan peralatan elektronik yang mengirimkan perintah palsu. Proteksi petir harus komprehensif dan sesuai dengan tujuan teknologi fasilitas.
Tindakan setengah-setengah tidak cocok di sini. Selain itu, ada kemungkinan bahwa keputusan jangka pendek dapat memperburuk dampak berbahaya dari petir. Itu sebabnya proyek proteksi petir harus disiapkan oleh seorang spesialis. Ia harus hati-hati mengevaluasi bahaya dari semua kemungkinan dampak saluran suhu tinggi, arus, dan medan elektromagnetik petir. Tidak hanya fitur desain objek yang dilindungi yang harus diperhatikan, tetapi juga lingkungan di permukaan bumi dan bahkan komunikasi bawah tanah. Seorang amatir tidak bisa melakukan ini.
Sangat penting bahwa sarana proteksi petir tidak “digantung” pada objek yang sudah terpasang, tetapi dikembangkan pada tahap proyek. Hanya dengan demikian dimungkinkan untuk menggabungkan elemen proteksi petir dengan detail struktural objek yang dilindungi sebanyak mungkin dan dengan demikian menghemat banyak uang. Bukan hal yang aneh jika perubahan kecil dalam desain suatu objek, yang tidak mempengaruhi fungsi teknologinya, menyebabkan peningkatan ketahanan petir yang sangat tajam. Hanya spesialis berkualifikasi tinggi yang mampu membuat keputusan seperti itu.
Setelah acara TV “Berita” ini, bahkan bintang pop pun tidak dapat bersaing dengan popularitas para pekerja tegangan tinggi. Semua orang ingin tahu apakah benar setelah sambaran petir, seorang warga Tiongkok jatuh ke tanah, segera melompat, melepaskan diri dan ingin melanjutkan perjalanan, namun sambaran petir kedua menjatuhkannya berulang kali tanpa berakibat fatal. Ada banyak cerita serupa. Buku dan majalah populer akan bercerita tentang kekalahan besar-besaran yang dialami para pemain sepak bola di stadion, penumpang di halte bus, dan hampir seluruh kawanan sapi di padang rumput. Cerita-ceritanya menyeramkan. Selusin orang berada di rumah sakit. Tapi di rumah sakit, bukan di kuburan. Mungkinkah bahaya petir dibesar-besarkan jika seseorang mampu menahan dampak langsungnya? Tapi siapa bilang dampaknya langsung? Seringkali hal ini tidak terjadi.
Pelepasan petir disertai dengan arus listrik yang kuat. Bahkan untuk sambaran petir rata-rata, nilainya mendekati 30.000 A, dan untuk sambaran petir yang paling kuat, nilainya hampir satu kali lipat lebih besar. Pada akhirnya, arus ini menyebar di dalam tanah ke seluruh volume bumi. Penangkal petir apa pun harus dibumikan. Untuk melakukan ini, konduktor pentanahan dipasang di penangkal petir. Ini dibentuk oleh satu atau lebih elektroda grounding bawah tanah, vertikal atau horizontal. Dari elektroda logam, arus mengalir ke tanah, di mana, seperti halnya konduktor mana pun, hukum Ohm berlaku. Hasil kali arus dan hambatan menghasilkan tegangan, dalam hal ini tegangan pada elektroda arde:
Ungkapan tersebut sepertinya sudah tidak asing lagi, tetapi masih kurang tepat, karena kita berbicara tentang tegangan dalam tanah, yang dianggap nol. Lagi pula, itu sebabnya mereka di-ground, agar tidak mendapat tegangan. Dan di sini ternyata terbalik, dan bukan dalam arti kiasan, tetapi dalam arti yang sebenarnya. Ketegangan mempengaruhi seseorang melalui kakinya, yang biasanya dan kokoh tertanam di tanah. Ini memerlukan penjelasan. Dan kita harus memulai dengan yang paling sederhana. Seberapa baik tanah merupakan konduktor? Jawabannya tampak jelas - tentu saja bagus, jika ahli listrik dan profesional keselamatan selalu berbicara tentang grounding. Sains dan teknologi terbiasa dengan penilaian tertentu. Kata banyak, sedikit, baik dan buruk tidak menjelaskan inti permasalahan. Kualitas konduktor dinilai berdasarkan resistivitasnya. Untuk tanah yang baik, tegangannya mendekati 100 Ohm*m - satu miliar kali lebih besar daripada baja hitam! Perbandingannya lebih dari meyakinkan. Volume yang sangat besar yang melaluinya arus petir menyebar di dalam tanah membantu.
Saya tidak ingin pembaca mengetahui saya memberikan deskripsi kualitatif, jadi saya akan segera beralih ke penilaian kuantitatif. Untuk melakukan ini, alih-alih voltase biasa, ada baiknya menggunakan parameter lain dari fisika sekolah. Kita akan berbicara tentang kuat medan listrik. Ini adalah nama yang diberikan untuk besarnya jatuh tegangan pada suatu media per satuan panjang, misalnya jatuh tegangan di dalam tanah sepanjang 1 m. Ngomong-ngomong, panjang 1 m adalah perkiraan panjang langkah seorang dewasa. Ingat, tegangan diukur dalam volt per meter. Jika kuat medan listrik dalam tanah E gr sama dengan 1 V/m, maka akan terjadi tegangan di antara kedua kaki seseorang dengan panjang l = 1 m.
Saatnya mengevaluasi medan listrik arus petir di dalam tanah. Bayangkan ia menyambar penangkal petir yang batang pentanahannya dibuat berbentuk belahan dengan diameter d = 0,5 m (panci atau kuali ukuran sedang untuk pilaf) dan dikubur di dalam tanah, seperti terlihat pada gambar Ara. 1. Arus petir IM akan mengalir secara simetris dari permukaan belahan logam, dimana massa jenisnya berada
Untuk sambaran petir rata-rata dengan arus 30.000 A, dalam kasus kita diperoleh j M ≈ 7,6 × 10 4 A/m 2. Berikut analogi lengkap hukum Ohm. Untuk memperoleh tegangan tanah E gr, rapat arus perlu dikalikan dengan resistivitas tanah ρ.
Bahkan jika kita fokus pada tanah yang sangat konduktif (ρ ≈ 100 Ohm*m), kita mendapatkan nilai yang sangat mengesankan yaitu 7.600.000 V/m. Tegangan pada panjang langkah 1 m di sini akan menjadi hampir delapan juta volt. Sulit membayangkan bahwa orang televisi Tiongkok akan mampu menanggung hal ini tanpa membahayakan kesehatannya. Kemungkinan besar, ritsleting kedua tidak diperlukan.
Nilai yang diperoleh di sini disebut oleh para ahli tegangan langkah (mereka juga mengatakan – ketegangan langkah). Penting untuk memahami bagaimana perubahannya di sekitar sambaran petir. Jika tanah di semua tempat sama, semuanya ditentukan oleh rapat arus petir. Saat Anda menjauh dari elektroda ground hemispherical, permukaan yang dilalui arus karena simetri akan tetap berbentuk hemispherical. dan jari-jarinya r akan terus bertambah. Bersamaan dengan itu, luas permukaan hemisfer yang “diisi” dengan arus akan meningkat, dan kepadatannya juga akan berkurang.
Kekuatan medan listrik juga akan mulai berkurang dengan cepat
Pada jarak r = 10 m dari jutaan awal dalam contoh kita, akan tersisa kurang dari 5.000 V/m. Hal ini juga sensitif, namun biasanya tidak berakibat fatal, karena durasi tegangan tinggi, seperti durasi arus petir, hampir tidak lebih dari 0,1 milidetik. Langkah bertegangan tinggi dapat dengan mudah menjatuhkan Anda, tetapi orang tersebut kemungkinan besar memiliki kekuatan yang cukup untuk bangkit.
Jika pembaca tidak bosan dengan angka-angka dan sudah mencapai garis ini, maka akan mudah baginya untuk memahami dari mana datangnya anjuran lama untuk tidak bersembunyi dari badai petir di bawah pohon besar. Karena tingginya yang signifikan, kemungkinan besar sambaran petir akan terjadi di sana. Ketika dipukul, arus akan mengalir melalui sistem akar pohon seperti melalui elektroda ground. Di dekat akar, medan listrik sangat kuat. Yang jelas berdiri disini tidak dianjurkan, duduk apalagi berbaring juga, karena panjang seseorang adalah dua kali panjang langkahnya.
Jika kita kembali ke angka-angkanya lagi, harus kita akui bahwa angka-angka tersebut sama sekali tidak berlebihan. Arus petir bahkan sebesar 100.000 A bukanlah hal yang jarang terjadi, dan resistivitas tanah bisa sepuluh kali lebih besar daripada yang digunakan dalam perkiraan. Oleh karena itu, tegangan langkah yang mengancam jiwa dapat dijaga pada jarak yang cukup jauh dari titik sambaran petir. Terakhir, bentuk elektroda arde harus diperhitungkan. Semua perkiraan di atas dibuat untuk elektroda arde hemisferis. Medan listriknya, seperti terlihat dari rumus di atas, berkurang dengan sangat cepat - berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Lebih sering, konduktor pembumian dipasang dari busbar atau batang panjang yang memiliki sedikit kemiripan dengan belahan bumi. Medan listrik mereka berkurang jauh lebih lambat. Akibatnya, radius pertemuan berbahaya dengan petir meningkat sangat nyata, terkadang hingga puluhan meter. Hal ini menjelaskan banyaknya korban jiwa di pantai atau di lapangan sepak bola.
Berikut adalah hasil penghitungan tegangan langkah untuk perangkat pembumian tipikal, yang direkomendasikan oleh standar proteksi petir domestik. Terdiri dari sebuah bus horizontal dengan panjang 10 m dan tiga batang vertikal masing-masing 5 m - dua di tepi bus dan satu di tengah. Resistivitas tanah 1000 Ohm*m (pasir tidak dibasahi), arus petir 100 kA. Ini adalah petir yang kuat - 98% pelepasan petir memiliki arus yang lebih kecil. Angka-angka pada grafik sangat mengesankan - ratusan kilovolt langsung di elektroda arde, lebih dari 70 kV pada jarak 15 m dan setidaknya 10 kV pada jarak 40 m.
Ketika Katedral Kristus Sang Juru Selamat sedang dipugar di Moskow, para perancang memperhitungkan bahwa mengingat tingginya yang cukup besar, sambaran petir akan terjadi hampir setiap tahun. Kemungkinan pukulan ini akan terjadi pada hari libur, dengan banyak orang berkumpul di teras rumah. Untuk menjamin keselamatan umat paroki, perlu dipastikan bahwa arus petir menyebar melalui sistem busbar bawah tanah yang sangat luas, sehingga meminimalkan tegangan langkah.
Medan listrik yang kuat di dalam tanah membawa gangguan lain. Ketika kekuatan medan meningkat menjadi 1 MV/m, ionisasi dimulai di dalam tanah. Dalam kondisi tertentu, hal ini menyebabkan tumbuhnya saluran plasma, yang meluncur di sepanjang permukaan tanah, sedikit masuk ke dalamnya. Saluran (dan mungkin ada beberapa saluran, seperti pada foto yang diambil di laboratorium ini) dapat berpindah dari titik masuknya arus petir.
puluhan meter. Faktanya, mereka harus dianggap sebagai kelanjutan dari petir, tidak hanya di udara, tetapi di sepanjang permukaan bumi. Harus dikatakan bahwa hal ini tidak mengurangi bahayanya, karena arus dalam saluran tersebut puluhan persen dari arus petir, dan suhunya jelas lebih tinggi dari 6000 0. Saya harap pembaca tidak perlu banyak imajinasi untuk membayangkan akibat kontak saluran tersebut dengan area kebocoran bahan bakar di rak pemuatan minyak atau dengan kabel bawah tanah, misalnya kabel telepon atau kabel yang mengontrol sistem mikroelektronik.
Pada tahun kemarau tahun 2010, televisi pusat menyiarkan laporan dari sebuah desa di wilayah Omsk yang terbakar habis akibat badai petir. Seorang koresponden Moskow bertanya kepada nenek-nenek desa: “Mengapa mereka tidak memadamkannya?” Mereka menjawab serempak; “Itu menakutkan – panah api merayapi tanah.” Coba lihat lagi fotonya. Apakah itu benar-benar terlihat seperti itu? Tak sia-sia para nenek merasa takut. Medan listrik pada saluran percikan tidak jauh berbeda dengan medan pada busbar logam. Mendekati mereka dapat dengan mudah berakhir dengan kematian.
Apa yang dihadirkan cukup meyakinkan diri akan kecerdikan petir. Anda telah memasang perlindungan yang andal dari atas dengan bantuan penangkal petir, dan penangkal petir itu menerobos ke arah Anda dengan manuver memutar, berjalan di sepanjang permukaan bumi. Itulah sebabnya hampir semua artikel populer diakhiri dengan imbauan untuk tidak melupakan para profesional. Bercanda dengan fenomena alam yang mengancam sangatlah beresiko dan tidak dapat diterima untuk menganggap remeh fenomena tersebut.
E.M.Bazelyan, Doktor Ilmu Teknik, Profesor
Institut Energi dinamai G.M. Krzhizhanovsky, Moskow
Kami berharap kedepannya situs ini dapat menjadi buku pelajaran dasar tentang pertahanan diri dari sambaran petir. Kami berencana untuk terus-menerus memposting artikel di sini tentang bahaya nyata dari listrik petir dan sarana proteksi petir modern. Mereka dirancang untuk membantu Anda memahami inti masalah dan mengevaluasi cara-cara yang tersedia bagi Anda untuk menyelesaikannya.
Ada stereotip umum bahwa petir menyambar dari atas ke bawah. Hal ini jauh dari kebenaran, karena selain petir di darat, ada juga petir intra-awan bahkan petir yang hanya ada di ionosfer.
Petir merupakan pelepasan listrik yang sangat besar, arusnya bisa mencapai ratusan ribu ampere, dan tegangannya bisa mencapai ratusan juta watt. Panjang beberapa petir di atmosfer bisa mencapai puluhan kilometer.
Sifat petir
Sifat fisik petir pertama kali dijelaskan oleh ilmuwan Amerika Benjamin Franklin. Pada awal tahun 1750-an, ia melakukan eksperimen untuk mempelajari listrik atmosfer. Franklin menunggu sampai cuaca badai tiba dan meluncurkan layang-layang ke langit. Ular itu tersambar petir, dan Benjamin sampai pada kesimpulan tentang sifat kelistrikan petir. Ilmuwan beruntung - pada waktu yang hampir bersamaan, peneliti Rusia G. Richman, yang juga mempelajari listrik atmosfer, meninggal karena sambaran petir pada peralatan yang ia rancang.
Proses pembentukan petir di awan petir telah dipelajari sepenuhnya. Jika petir melewati awan itu sendiri, maka disebut intracloud. Dan jika menyentuh tanah disebut tanah.
Petir tanah
Proses terbentuknya petir tanah meliputi beberapa tahapan. Pertama, medan listrik di atmosfer mencapai nilai kritisnya, terjadi ionisasi, dan akhirnya terbentuk percikan api, yang menyambar dari awan petir ke dalam tanah.
Sebenarnya, petir hanya menyambar sebagian dari atas ke bawah. Pertama, debit awal mengalir dari awan menuju tanah. Semakin dekat dengan permukaan bumi maka kuat medan listriknya semakin meningkat. Oleh karena itu, muatan respons dikeluarkan dari permukaan bumi menuju petir yang mendekat. Setelah itu, pelepasan petir utama dipancarkan melalui saluran terionisasi yang menghubungkan langit dan bumi. Dia benar-benar memukulnya dari atas ke bawah.
Petir intracloud
Petir intracloud biasanya jauh lebih besar daripada petir di darat. Panjangnya bisa mencapai 150 km. Semakin dekat suatu wilayah dengan garis khatulistiwa, semakin sering terjadi petir intracloud di dalamnya. Meskipun di garis lintang utara rasio petir intra-awan dan petir di darat kurang lebih sama, di zona khatulistiwa petir intra-awan menyumbang sekitar 90% dari seluruh pelepasan petir.
Sprite, elf, dan jet
Selain petir badai biasa, ada fenomena yang jarang dipelajari seperti elf, jet, dan sprite. Sprite mirip dengan petir yang muncul di ketinggian hingga 130 km. Jet terbentuk di lapisan bawah ionosfer dan tampak sebagai pelepasan muatan berwarna biru. Pelepasan elf juga berbentuk kerucut dan diameternya bisa mencapai beberapa ratus kilometer. Biasanya elf muncul di ketinggian sekitar 100 km.
