Kai žaibas trenkia į žemę. Mobilusis telefonas yra pavojingas perkūnijos metu

Visi norėjo sužinoti, ar tiesa, kad po žaibo smūgio Kinijos pilietis trenkėsi į žemę, greitai pašoko, nusipurtė ir norėjo eiti toliau, tačiau antrasis žaibas jį vėl ir vėl nugriovė be mirties. Yra daug panašių istorijų. Populiarios knygos ir žurnalai pasakos apie masinį futbolininkų naikinimą stadione, keleivius autobusų stotelėje ir beveik visą karvių bandą ganykloje. Istorijos yra šiurpios. Ligoninėje guli keliolika žmonių. Bet ligoninėje, o ne kapinėse. Ar žaibo pavojus gali būti labai perdėtas, jei žmogus sugeba atlaikyti tiesioginį jo smūgį? Bet kas sakė, kad poveikis yra tiesioginis? Dažniausiai taip nėra.

Žaibo išlydį lydi stipri elektros srovė. Net ir vidutiniam žaibo smūgiui jis yra arti 30 000 A, o galingiausiam - beveik eilės tvarka daugiau. Galiausiai ši srovė dirvožemyje pasklinda per visą Žemės tūrį. Bet koks žaibolaidis turi būti įžemintas. Norėdami tai padaryti, prie žaibolaidžio įrengiamas įžeminimo laidas. Jį sudaro vienas ar keli požeminiai įžeminimo elektrodai, vertikalūs arba horizontalūs. Iš metalinių elektrodų srovė teka į žemę, kur, kaip ir bet kuriame laidininke, galioja Ohmo dėsnis. Srovės ir varžos sandauga suteikia įtampą, šiuo atveju įtampą per įžeminimo elektrodą:

Atrodo, kad posakis pažįstamas, bet vis tiek ne visai, nes kalbame apie įtampą žemėje, kuri laikoma nuline. Galų gale, todėl jie yra įžeminti, kad nepatektų įtampa. Ir čia pasirodo aukštyn kojom, ir ne perkeltine, o labai tiesiogine prasme. Įtampa veikia žmogų per jo kojas, kurios normaliai ir tvirtai yra pasodintos ant žemės. Tam reikia paaiškinimo. Ir mes turime pradėti nuo paprasčiausio. Koks geras laidininkas yra dirvožemis? Atsakymas atrodo akivaizdus – tikrai geras, jei elektrikai ir saugos specialistai visada kalba apie įžeminimą. Mokslas ir technologijos yra pripratę prie konkrečių vertinimų. Žodžiai daug, mažai, gerai ir blogai nepaaiškina reikalo esmės. Laidininkų kokybė vertinama pagal jų varžą. Geram dirvožemiui jis yra beveik 100 omų*m – milijardą kartų didesnis nei juodojo plieno! Palyginimas daugiau nei įtikinamas. Padeda labai didelis tūris, per kurį žemėje sklinda žaibo srovė.

Nenoriu, kad skaitytojas pagautų mane pateikiant kokybinį aprašymą, todėl tuoj pat pereisiu prie kiekybinių vertinimų. Norėdami tai padaryti, vietoj įprastos įtampos naudinga naudoti kitą parametrą iš mokyklos fizikos. Mes kalbėsime apie elektrinio lauko stiprumą. Taip vadinamas įtampos kritimo dydis tam tikroje terpėje ilgio vienetui, pavyzdžiui, įtampos kritimas žemėje 1 m ilgio, beje, 1 m ilgis yra apytikslis žingsnio ilgis suaugęs žmogus. Atminkite, kad įtampa matuojama voltais vienam metrui. Jei elektrinis laukas žemėje E gr yra lygus 1 V/m, tarp žmogaus kojų veiks įtampa, kurios ilgis l = 1 m.

Laikas įvertinti žaibo srovės elektrinį lauką žemėje. Įsivaizduokime, kad jis pataikė į žaibolaidį, kurio įžeminimo lazdelė pagamintas pusrutulio, kurio skersmuo d = 0,5 m (vidutinio dydžio puodas ar katilas plovui), ir įkasamas į žemę, kaip parodyta paveikslėlyje. Fig. 1. Žaibo srovė I M simetriškai tekės nuo metalinio pusrutulio paviršiaus, kur jos tankis bus

Vidutiniam žaibo smūgiui, kurio srovė yra 30 000 A, mūsų atveju pasirodo, kad j M ≈ 7,6 × 10 4 A/m 2. Toliau pateikiama visiška analogija su Ohmo dėsniu. Norint gauti įtampą E gr, reikia padauginti srovės tankį iš grunto varžos ρ.

Net jei sutelksime dėmesį į labai laidų gruntą (ρ ≈ 100 omų * m), gauname labai įspūdingą 7 600 000 V / m vertę. 1 m žingsnio ilgio įtampa čia bus beveik aštuoni milijonai voltų. Sunku įsivaizduoti, kad Kinijos televizijos žmogus galėtų tai ištverti nepakenkdamas savo sveikatai. Greičiausiai antro užtrauktuko nereikėtų.

Čia gautą vertę iškviečia specialistai žingsninė įtampa (dar sako – žingsnio įtampa). Svarbu suprasti, kaip jis keičiasi žaibo iškrovos vietoje. Jei gruntas visur vienodas, viską lemia žaibo srovės tankis. Tolstant nuo pusrutulio formos įžeminimo elektrodo paviršius, kuriuo dėl simetrijos teka srovė, išliks pusrutulio formos. o jo spindulys r nuolat didės. Kartu su juo padidės pusrutulio formos paviršiaus, „užpildyto“ srovė, plotas, o jo tankis atitinkamai sumažės.

Elektrinio lauko stiprumas taip pat pradės sparčiai mažėti

R = 10 m atstumu nuo pradinių milijonų mūsų pavyzdyje liks šiek tiek mažiau nei 5000 V/m. Tai taip pat jautru, bet, kaip taisyklė, ne mirtina, nes aukštos įtampos trukmė, kaip ir žaibo srovės trukmė, vargu ar viršija 0,1 milisekundės. Aukštos įtampos laiptelis gali lengvai išmušti iš kojų, tačiau žmogui greičiausiai užtenka jėgų atsikelti.

Jei skaitytojas nepavargo nuo skaičių ir pasiekė šią ribą, tada jam bus nesunku suprasti, iš kur kilo sena rekomendacija nesislėpti nuo perkūnijos po dideliais medžiais. Dėl didelio aukščio juose greičiausiai žaibo trenksmas. Nutrenkus, srovė tekės per medžio šaknų sistemą kaip per įžeminimo elektrodą. Prie šaknų ypač stiprus elektrinis laukas. Akivaizdu, kad čia nerekomenduojama stovėti, sėdėti ir ypač gulėti, nes žmogaus ilgis yra du kartus didesnis už jo žingsnį.

Jei dar kartą grįšime prie skaičių, turime pripažinti, kad jie visai nėra pervertinti. Net 100 000 A žaibo srovė nėra ypač reta, o dirvožemio savitoji varža gali būti dešimtis kartų didesnė nei naudojama vertinimuose. Dėl šios priežasties gyvybei pavojingą žingsnio įtampą galima išlaikyti pakankamai dideliu atstumu nuo žaibo smūgio taško. Galiausiai reikia atsižvelgti į įžeminimo elektrodo formą. Visi aukščiau pateikti įverčiai buvo atlikti pusrutulio formos įžeminimo elektrodui. Jo elektrinis laukas, kaip matyti iš aukščiau pateiktų formulių, mažėja labai greitai – atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui. Dažniau įžeminimo laidininkai montuojami iš ilgų šynų arba strypų, kurie mažai primena puslankį. Jų elektrinis laukas mažėja daug lėčiau. Dėl to labai pastebimai padidėja pavojingo žaibo poveikio spindulys, kartais net iki kelių dešimčių metrų. Taip jie aiškina masines žmonių aukas paplūdimyje ar futbolo aikštėje.

Čia pateikiami tipinio įžeminimo įrenginio žingsninės įtampos apskaičiavimo rezultatai, rekomenduojami pagal buitinius apsaugos nuo žaibo standartus. Jį sudaro horizontalus 10 m ilgio autobusas ir trys vertikalūs po 5 m strypai – du autobuso kraštuose ir vienas viduryje. Grunto varža 1000 Ohm*m (nesudrėkintas smėlis), žaibo srovė 100 kA. Tai galingas žaibas – 98% žaibo smūgių turi mažesnę srovę. Skaičiai grafike įspūdingi – šimtai kilovoltų tiesiai prie įžeminimo elektrodo, virš 70 kV 15 m atstumu ir mažiausiai 10 kV 40 m atstumu.

Kai Maskvoje buvo restauruojama Kristaus Išganytojo katedra, projektuotojai atsižvelgė į tai, kad atsižvelgiant į nemažą jos aukštį, reikėtų tikėtis kone kasmetinio žaibo smūgio. Gali būti, kad šis smūgis įvyks per šventę, kai prieangyje bus daug žmonių. Siekiant užtikrinti parapijiečių saugumą, reikėjo užtikrinti, kad žaibo srovė sklistų per labai plačią požeminių šynų sistemą, taip sumažinant žingsninę įtampą.

Stiprus elektrinis laukas žemėje sukelia dar vieną nepatogumą. Lauko stiprumui padidėjus iki 1 MV/m, žemėje prasideda jonizacija. Tam tikromis sąlygomis tai sukelia plazmos kanalo augimą, kuris slysta išilgai dirvožemio paviršiaus, šiek tiek įsiskverbdamas į jį. Kanalai (o jų gali būti keli, kaip šioje laboratorijoje darytoje nuotraukoje) gali judėti iš taško, kur įvedama žaibo srovė

dešimčių metrų. Tiesą sakant, jie turėtų būti laikomi žaibo tęsiniu, tik ne ore, o palei žemės paviršių. Reikia pasakyti, kad tai nedaro jų mažiau pavojingų, nes srovė kanale yra dešimtys procentų žaibo srovės, o temperatūra akivaizdžiai aukštesnė nei 6000 0. Tikiuosi, kad skaitytojui nereikės didelės fantazijos, kad įsivaizduotų tokio kanalo kontakto su kuro nuotėkio sritimi ant alyvos pakrovimo stovo ar požeminio kabelio, pavyzdžiui, telefono kabelio ar mikroelektroninę sistemą valdančio kabelio, pasekmes.

Sausaisiais 2010-aisiais centrinė televizija transliavo reportažą iš kaimo Omsko srityje, kuris visiškai sudegė per perkūniją. Maskvos korespondentas paklausė kaimo močiučių: „Kodėl jos to neužgesino? Jie atsakė vieningai; „Buvo baisu – ugningos strėlės šliaužė žeme. Dar kartą pažvelkite į nuotrauką. Ar tikrai taip atrodo? Močiutės ne veltui bijojo. Elektrinis laukas ties kibirkšties kanalais nedaug skiriasi nuo lauko prie metalinių šynų. Priartėjimas prie jų gali lengvai baigtis mirtimi.

To, kas pateikiama, pakanka įsitikinti žaibo išradingumu. Jūs sumontavote patikimą apsaugą iš viršaus žaibolaidžių pagalba ir ji prasiskverbia pas Jus sukamuoju manevru ir prasiskverbia palei žemės paviršių. Štai kodėl beveik visi populiarūs straipsniai baigiasi raginimu nepamiršti profesionalų. Juokauti su grėsmingais gamtos reiškiniais rizikinga ir lengvabūdiškai su jais elgtis nepriimtina.

E. M. Bazelianas, technikos mokslų daktaras, profesorius
Energetikos institutas, pavadintas G.M. Kržižanovskis, Maskva

Kržižanovskis. Žaibo smūgiai į bokštą buvo nufotografuoti vienu metu iš kelių pastatų netoli Ostankino.
Šiuo metu priimta žaibo susidarymo teorija yra ta, kad dėl dalelių susidūrimo debesyse atsiranda didelių teigiamų ir neigiamų krūvių plotų. Kai dideli priešingai įkrauti plotai pakankamai arti vienas kito, kai kurie elektronai ir jonai, bėgdami tarp jų, sukuria kanalą, kuriuo likusios įkrautos dalelės veržiasi iš paskos – įvyksta žaibo išlydis. Oras įšyla iki 30 tūkstančių laipsnių – penkis kartus daugiau nei Saulės paviršiaus temperatūra.
Karšta terpė sprogstamai plečiasi ir sukelia smūgio bangą, suvokiamą kaip griaustinį. Įdomu tai, kad žaibai stebimi ne tik Žemėje, bet ir Veneros, Jupiterio bei Saturno atmosferose. Žemėje vienu metu įvyksta apie 2000 žaibiškų audrų. Kas sekundę į Žemės paviršių trenkia daugiau nei 100 žaibų.
Tikriausiai daugelis žmonių pastebi, kad žaibuoja. Pasirodo, vienas žaibas dažniausiai susideda iš kelių išlydžių, kurių kiekvienas trunka vos kelias dešimtis milijonų sekundės dalių. Tarp debesies ir žemės yra dviejų tipų žaibas: teigiamas ir neigiamas. Teigiamos iškrovos pasitaiko tik 5% atvejų, tačiau jos būna stipresnės.

Manoma, kad miškų gaisrus sukelia teigiami išmetimai.

Senovės romėnai tikėjo, kad žaibo žuvęs žmogus padarė ką nors blogo prieš dievą Jupiterį, ir jokia laidojimo ceremonija nebuvo atliekama. Daugelis žmonių gamindavo vaistus iš akmenų, į kuriuos trenkė žaibas. Romėnai, induistai ir majai tikėjo, kad grybai auga tose vietose, kur žaibas trenkė į žemę.

Taip. Žmogus turi didelę galimybę išgyventi po žaibo smūgio. Pirma, nors temperatūra iškrovimo metu yra labai aukšta, ji paprastai trunka neilgai ir ne visada sukelia rimtus nudegimus. Antra, pagrindinė žaibo srovė dažnai eina palei kūno paviršių. Štai kodėl dauguma žaibo nutrenktų žmonių nemiršta. Įvairiais skaičiavimais, nuo 5% iki 30% nukentėjusiųjų miršta. Jūsų šansai išgyventi žymiai padidėja, jei šalia yra žmogus, kuris žino, kaip atlikti dirbtinį kvėpavimą ir širdies masažą.

Ar saugu būti lėktuve per perkūniją?

Ar automobilis išgelbės jus nuo žaibo?

Visų pirma, žaibas pats savaime yra labai gražus reiškinys.

Antra, žaibas reguliuoja azoto kiekį ore, kurį sunaudoja gamyklos. Tačiau kartais žaibas daro stebuklus. Pavyzdžiui, remiantis 1856 m. žurnale „Scientific American“ paskelbtu straipsniu, intensyvus žaibo smūgis, trenkęs į žemę Kensingtono mieste, Naujajame Hampšyre JAV, sukūrė apie 30 centimetrų pločio ir 3 metrų gylio šulinį, kuris netrukus užsipildė švarus vanduo. Kitas nuostabus atvejis įvyko su vyru, pagal profesiją elektriku, iš Greenwood miesto Šiaurės Karolinoje. Po tiesioginio žaibo smūgio, trenkusio prieš 31 metus, jis išgyveno, tačiau po to visiškai nustojo jausti šaltį. Dabar jis gali valandų valandas praleisti lauke vilkėdamas vasarinius drabužius minusinėje temperatūroje, nejausdamas jokio diskomforto. Yra pasakojimų apie tai, kaip kai kurie aklieji atgavo regėjimą po žaibo trenksmo. Paskelbta įrodymų, kad trenkus žaibui pagerėjo žmogaus intelektualiniai gebėjimai, o tai patvirtino psichologiniai testai. Vienas džentelmenas tvirtino, kad nutrenktas žaibo tapo „perseksualus“, nes niekas nebegalėjo jo patenkinti.

Tačiau retais atvejais žaibas gali patekti ir į namo vidų.

Ar tik perkūnija žaibuoja?

Kur Žemėje yra daugiausiai žaibų?

Matyt, čia atsirado posakis „varžtas iš mėlynos spalvos“. Naujausi mirčių dėl žaibo smūgių tyrimai rodo, kad dauguma nelaimingų atsitikimų įvyksta po perkūnijos. Perkūnijos metu žmonės dažniausiai slepiasi nuo lietaus, bet kai tik jis praeina, išlenda iš prieglaudų. Tačiau žaibo pavojus išlieka apie dešimt ar net daugiau minučių pasibaigus lietui. Atminkite, kad jei girdite griaustinį, vis tiek esate pavojingai arti perkūnijos.
Tyrimų duomenimis, į ąžuolus žaibas trenkia dažniau nei į kitas medžių rūšis. Kalbant apie žmones, statistika teigia, kad į vyrus žaibas trenkia daug dažniau nei į moteris. JK per du dešimtmečius 85% žaibo žuvusiųjų buvo vyrai. Neseniai Floridoje, JAV, atliktas žaibo mirčių tyrimas rodo, kad 87% žuvusiųjų buvo vyrai.

Nuostabi istorija nutiko su bulgarės Martos Maikia vyrais. 1935 metais amerikiečių turistas Randolphas Eastmanas paprašė palaukti audros jos namuose per perkūniją.

Tačiau nė vienas iš jų negali būti patvirtintas pakankamai patikimai. Egzotiškas kamuolinio žaibo elgesys suteikia erdvės pačioms nežabotiausioms fantazijoms. Dažnai liudininkų aprašymuose yra požiūris į žaibą kaip į gyvą būtybę. Yra nuomonė, kad žaibas yra NSO analogas arba padaras iš paralelinio pasaulio su nesuprantamu protu ir logika.
15. Tiesioginio žaibo smūgio viršįtampis Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė aš per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai R atleidžiama įtampa U Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė R= per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai jie sako Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė h. Tai yra daug streso. Pavyzdžiui, kada per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai mol = 100 kA ir atleidžiama įtampa z = 10 omų, pasirodo
R = 1000 kV. Maždaug toks pat potencialas bus ir šalia žaibolaidžio. Netoliese esantis požeminis kabelis užims beveik tą patį potencialą ir, nebent bus imtasi specialių priemonių, perduos jį kabeliu saugomo pastato viduje, sugadindamas izoliaciją, kuri nebuvo skirta tokiai aukštai įtampai. atleidžiama įtampa Atkurkime dar vieną praktiškai reikšmingą situaciją, darydami prielaidą, kad metalinis žaibolaidžio stiebas vienu metu atlieka ir apšvietimo stiebo funkciją ir todėl prie jo tvirtinami lempas maitinančios oro linijos izoliatoriai. Stiebo potencialas toje vietoje, kur pritvirtinti lempos izoliatoriai, yra pastebimai didesnis nei R, nes įtampos kritimas per stiebo induktyvumą (arba palei jį nutiestas žemyn laidų šynas, jei pats stiebas yra nelaidus) pridedamas prie įtampos kritimo ant įžeminimo elektrodo. Įtampos amplitudė skersai induktyvumo L atleidžiama įtampa lygus R, nes įtampos kritimas per stiebo induktyvumą (arba palei jį nutiestas žemyn laidų šynas, jei pats stiebas yra nelaidus) pridedamas prie įtampos kritimo ant įžeminimo elektrodo. Įtampos amplitudė skersai induktyvumo(L=/di dt )max, kur skliausteliuose esanti išraiška lemia srovės augimo greitį impulso priekyje. Vertinant pirmojo žaibo komponento impulsinio fronto vidutinę trukmę T L=/di f » 5 µs esant 100 kA srovei, lengva gauti ( Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė)max" )max, kur skliausteliuose esanti išraiška lemia srovės augimo greitį impulso priekyje. Vertinant pirmojo žaibo komponento impulsinio fronto vidutinę trukmę jie sako/ R, nes įtampos kritimas per stiebo induktyvumą (arba palei jį nutiestas žemyn laidų šynas, jei pats stiebas yra nelaidus) pridedamas prie įtampos kritimo ant įžeminimo elektrodo. Įtampos amplitudė skersai induktyvumo f = 2´1010 A/s, tai yra induktyvumui atleidžiama įtampa lygus R, nes įtampos kritimas per stiebo induktyvumą (arba palei jį nutiestas žemyn laidų šynas, jei pats stiebas yra nelaidus) pridedamas prie įtampos kritimo ant įžeminimo elektrodo. Įtampos amplitudė skersai induktyvumo(L=/di= 30 µH (stiebo aukštis ~ 30 m) suteikia atleidžiama įtampa)maks. = 600 kV. Bendra vertė atleidžiama įtampa jie sako = atleidžiama įtampa R+ atleidžiama įtampa neva dėl to beveik visa įtampa atleidžiama įtampa prieplauka veikia maitinimo grandinės izoliaciją žemės atžvilgiu, galiausiai ją užblokuodama. Tai tipiškas žaibo viršįtampių pavyzdys, vienodai pavojingas tiek žemos įtampos tinklams, tiek aukštos įtampos elektros linijoms, kai linijos atraminis arba žaibosaugos kabelis veikia kaip žaibolaidis.

16. Žaibo sukeliami viršįtampiai
Tai labiausiai paplitęs viršįtampio tipas, už kurį atsakingas žaibo elektromagnetinis laukas. Čia atskirai nagrinėsime žaibo srovės magnetinio lauko pasikeitimo pasekmes ir jo kanalo, artėjančio prie žemės, krūvio pasikeitimo pasekmes. Tam tikru mastu šis skirstymas yra susitarimas, tačiau jis yra patogus norint suprasti reikalo esmę.
Jei į magnetinį lauką patalpinta savavališka grandinė B, grandinėje bus sukeltas magnetinės indukcijos EML atleidžiama įtampa magas“ - SA B. Čia A B=d B/d t– magnetinio srauto, prasiskverbiančio į srities kontūrą, kitimo greitis S. Pavyzdžiui, šią grandinę sukuria susukta laidų pora, sujungta su kompiuteriu. Tada grandinės plotas yra labai mažas, apie 10 cm2 (remiantis kelių metrų ilgio kabeliu). Taip pat darykime prielaidą, kad viela eina palei pastato sieną tam tikru atstumu r = 1 m atstumu nuo jam lygiagrečio nuleidžiamojo laidininko, kuris nukreipia žaibo srovę nuo žaibolaidžio į žemę. Vertinant iš viršaus, dėmesys turėtų būti skiriamas itin dideliam žaibo srovės augimo tempui A I. Esami norminiai dokumentai suteikia vertę A I = 2∙1011 A/s. Jį atitinkančio magnetinio lauko augimo greitis įvertintas kaip
,
čia m0 = 4p∙10-7 H/m – vakuumo magnetinė skvarba. Nagrinėjamame pavyzdyje F B » 4∙104 V/m2 ir todėl atleidžiama įtampa magas = - SF B » 40 V. Nereikėtų pamiršti gautos vertės. Tai yra eilės tvarka didesnė už šiuolaikinės mikroschemos darbinę įtampą ir tikrai ją sugadins.
Kitokio viršįtampių masto idėją pateikia 220/380 V įtampos oro linijos įverčiai. Čia lengvai pasiekia fazinių ir nulinių laidų suformuotas grandinės plotas. S = 100 m2. Net ir tolimas žaibas trenkia iš tolo r= 100 m nuo linijos lemia vidutinį magnetinio lauko augimo greitį ~ 400 V/m2, o tai duoda 40 kV viršįtampą, kuri tikrai pavojinga tiek transformatorinei pastotei, tiek jos tiekiamiems vartotojams.
Dabar apie indukuotų viršįtampių elektrinį komponentą. Ją sukelia elektros krūvio srautas, kurį sukelia žaibo kanalo elektrinis laukas. Kanalo krūvis yra gana sunkus, apie 0,5 - 1 mC vienam ilgio metrui, o jo sužadinamas elektrinis laukas šalia žemės yra daug kartų didesnis nei griaustinio debesies elektrinis laukas. Rezultatas pagal lauką E jie sako » 200 kV/m nebus per didelis. Dabar įsivaizduokite laidininką su elektros talpa SU, pastatytas virš žemės aukštyje h. Tai gali būti horizontalus laidas (pavyzdžiui, antena), metalinis kažkokio įrenginio korpusas arba pastato konstrukcija. Žaibo kanalo krūvio potencialas yra didelis h, lygus atleidžiama įtampa el = E R= h sukels įžeminto laidininko krūvį K = C.U. paštu Po žaibo smūgio į žemę, kai jo kanalo krūvis neutralizuojamas ir elektrinis laukas išnyksta, indukuotasis krūvis per įžeminimo varžą teka iš laidininko į žemę. per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai h. Srovė iš tekančio krūvio sukels įtampos kritimą laidininke, palyginti su žeme. Tai gali būti gana nemaža suma. Jei, pavyzdžiui, objekto talpa C = 1000 pF (apie 100 m ilgio laidas), o jo pakabos aukštis virš žemės yra 5 m, tada žaibo kanalo krūvis sukurs potencialą iki atleidžiama įtampa el = E R= h= 200´5 = 1000 kV. Dėl to sukeltas krūvis bus K = C.U. el = 10-9´106 = 10-3 Cl. Laiku D neutralizuojant antžeminę žaibo kanalo dalį t» 1 μs srovė tekės per laidininko įžeminimo varžą i» K/D t= 10-3/10-6 = 1000 A, todėl įžeminimo varžoje nukris įtampa per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai z = 10 omų dydis atleidžiama įtampa el = iper žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai z = 1000´10 = 10 kV.

17. Didelio potencialo slydimas
Ši ne itin eufoniška ir ne visai tiksli žaibosaugos frazė reiškia aukštos įtampos tiekimą į saugomą objektą jo viršutinėmis ar požeminėmis komunikacijomis. Į patį objektą negali trenkti tiesioginis žaibo smūgis. Tegul žaibas trenkia į visiškai kitą statinį, medį ar net tik į žemę. Skleisdama žemėje šalia paveiktos konstrukcijos, žaibo srovė sukurs labai aukštą įtampą ant jos įžeminimo elektrodo, atleidžiama įtampa z = Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė R= per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai h. (pavyzdžiui, 300 kV, jei per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai h = 10 omų, a Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė mol = 30 kA). Metalinis komunikacijos apvalkalas, kuris yra prijungtas prie to paties įžeminimo elektrodo, bus tokios pat įtampos. Įtampos banga gali plisti dideliais atstumais išilgai ryšio linijos, ypač jei ji yra antžeminė ir nepraleidžia elektros krūvių į žemę. Tačiau net ir požeminės komunikacijos gali pernešti aukštos įtampos bangą šimtų metrų atstumu be pastebimo slopinimo. Kuo didesnis dirvožemio atsparumas, tuo efektyvesnis transportavimas. Uolėtose dariniuose, sausame smėlyje ar amžinojo įšalo dirvožemyje didelis dreifo potencialas yra pavojingas net kelių kilometrų atstumu.
Ypač atkreiptinas dėmesys į šiuolaikines komunikacijas iš plastikinių vamzdžių. Jų viduje yra elektrolitas (kraštutiniais atvejais vandentiekio vanduo, kuris taip pat yra geras laidininkas), gana tinkamas perduoti aukštą įtampą dideliais atstumais, o išorėje yra aukštos kokybės plastikas, kuris patikimai izoliuoja vidinę aplinką nuo kontakto su žemė. Dabar nuotėkis į žemę visiškai pašalintas. Nesunku įsivaizduoti, kokias pasekmes gali sukelti žmogus, prisilietus prie tokio bendravimo metalinį čiaupą. Stovėdamas ant žemės esant nuliniam potencialui, jis bus veikiamas visa įtampa, kuri perduodama skysčio kanalu.

18. Viršįtampa dėl žaibo srovės sklidimo metaliniais apvalkalais
Metalinis apvalkalas pagrįstai laikomas efektyviu elektromagnetiniu ekranu. Tačiau jis visiškai neapsaugo nuo žaibo viršįtampių poveikio vidinėms grandinėms. Viršįtampio priežastį galima lengvai suprasti toliau pateiktame paveikslėlyje. Žaibo srovė, sklindanti palei metalinį ilgio apvalkalą l, sukuria įtampos kritimą D atleidžiama įtampa = per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai 0lI, Kur per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai 0 – pasipriešinimas

apvalkalo ilgio vienetai. Vidinis laidas yra prijungtas prie apvalkalo pradžios, todėl prisilietimo taške priima savo potencialą. Kito korpuso galo potencialas dėl įtampos kritimo nuo srovės Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė ant D atleidžiama įtampa mažiau. Tai reiškia, kad tarp vidinio laidininko galo ir apvalkalo galo bus įtampa atleidžiama įtampa e = D atleidžiama įtampa = per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai 0lI. Šis įvertinimas leidžia suprasti, apie kokias vertybes čia galime kalbėti. Tegul plieno korpuso ilgis l = 100 m, o jo skerspjūvio plotas 100 mm2. Tada linijinis pasipriešinimas bus per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai 0 = 0,001 Ohm/m, tai yra su žaibo srove Viršįtampiu ekspertai vadina bet kokį trumpalaikį įtampos padidėjimą elektros tinkle virš vardinio lygio. Čia mes apsvarstysime viršįtampius, kuriuos sukelia žaibo srovė smūgio vietoje. Paprasčiausia situacija – žaibą sugeria specialiai sumontuotas žaibolaidis. Jos srovė= 100 kA sukels viršįtampą atleidžiama įtampa e = per žaibolaidį, o po to per žemyn nukreiptus laidus patenka į įžeminimo elektrodą ir pasklinda žemėje. Tuo pačiu metu, esant įžeminimo varžai 0lI = 0,001´100´100 = 10 kV. To visiškai pakanka, kad būtų pažeista 220/380 V apšvietimo kabelio izoliacija.
Griežtesnė analizė rodo, kad metalinis apvalkalas visiškai neapsaugo nuo viršįtampių dviejų laidų sistemose. Faktas yra tas, kad vidinio laidininko priimtas potencialas priklauso nuo jo vidinės vietos. Visi laidininkai yra lygiaverčiai tik apskritame apvalkale. Jei apvalkalo skerspjūvis nėra apskritas (pavyzdžiui, tai stačiakampė dėžutė), laidininkų potencialai skirsis ir tarp jų atsiras įtampa. Paprastai jis yra daug mažesnis už ką tik apskaičiuotą vertę, tačiau to taip pat pakanka, kad būtų pažeista mikroschema, kuriai tinka kabelių pora.

19. Apsauginis žaibolaidžių poveikis
Nuo Franklino ir Lomonosovo laikų priimta, kad žaibas nukreipiamas į aukščiausią žemės paviršiaus konstrukciją. Šiai pozicijai galima pritarti ir šiandien, tačiau su esminiu įspėjimu: Labiausiai tikėtina, kad žaibas nukeliaus link aukščiausios struktūros. Mažesnio pralaimėjimo tikimybė taip pat nėra lygi nuliui. Iš bendriausių svarstymų aišku, kad ši tikimybė mažėja didėjant aukščio skirtumui. Tai reiškia, kad norint užtikrinti patikimą apsaugą, žaibolaidžio aukštis turi būti didesnis nei saugomo objekto aukštis. Kuo didesnis reikalingas patikimumas, tuo aukštesnis turi būti žaibolaidis.
Žaibolaidžiai dažnai parenkami pagal jų apsaugos zonas. Daroma prielaida, kad apsaugos patikimumas nebus mažesnis už nurodytą vertę, jei objektas yra visiškai apsaugos zonoje. Strypinio žaibolaidžio apsaugos zona pavaizduota kūgio pavidalu, kurio viršūnė yra ant vertikalios žaibolaidžio ašies. Iš to, kas išdėstyta pirmiau, išplaukia, kad zonos viršus turėtų būti žemiau žaibolaidžio viršaus, jei garantuotas apsaugos patikimumas yra didesnis nei 0,5. Norėdami tai patikrinti, pakanka manyti, kad du glaudžiai išdėstyti vienodo aukščio įžeminti strypai, vieną iš jų laikant žaibolaidžiu, o kitą - daiktu. Akivaizdu, kad per ilgą stebėjimo laikotarpį strypai sugers tiek pat žaibo smūgių (apsaugos patikimumas 50%). Kad būtų užtikrintas 0,9 arba 0,99 patikimumas, žaibolaidžiu vadinamas strypas būtinai turi tapti aukštesnis, kad sugertų didžiąją dalį žaibo. Tai, kas išdėstyta pirmiau, taip pat galioja kabelių žaibolaidžiams.

Net esant labai dideliam aukščio skirtumui, žaibolaidis negali užtikrinti idealios apsaugos. Čia pateiktoje nuotraukoje žaibas pralenkė Ostankino televizijos bokšto viršūnę 202 m. Šis atvejis nėra unikalus.
Praktiškai jie veikia su apsaugos patikimumu 0,9 arba 0,99 (vienas žaibo smūgis iš 10 ar iš 100 prasibrauja į saugomą objektą), retai - 0,999. Vienam strypiniam žaibolaidžiui su aukščiu h£ Apsaugos zonos 30 m spindulys, kurio patikimumas žemės lygyje yra 0,9, yra maždaug r 0 = 1,5h. ir kurių patikimumas yra 0,99 r 0 = 0,95h. Daugelio žaibolaidžių sistemos naudojimas žymiai išplečia apsaugos zoną. Esant protingai vietai, apsaugotas tūris gali būti kelis kartus didesnis nei kiekvieno žaibolaidžio apsaugos zonų suma atskirai. Tai plačiai naudoja specialistai.
Teisingai apskaičiavę ir ant savo namo stogo ar šalia jo sumontavę žaibolaidį, vargu ar galite jaudintis dėl stogo nudegimų. Net ir esant 0,9 apsaugos patikimumui, per 100 metų į santykinai mažo aukščio namą prasibraus mažiau nei vienas žaibas. Deja, toks žaibolaidis beveik neturės įtakos elektromagnetiniam žaibo poveikiui. Būtent šie poveikiai tampa pagrindine avarinių situacijų priežastimi.

20. Apsauga nuo elektromagnetinio žaibo poveikio
Šiuolaikinėms technologijoms tai yra svarbiausia problema. Įmonės, kuriose dirba tūkstančiai žmonių, kuria ir gamina įrangą, apsaugančią maitinimo elektros grandines, telefono linijas, televizijos kanalus ir net priemones, skirtas apsaugoti jūsų namus nuo nepageidaujamų „svečių“ nuo elektromagnetinio poveikio.
Apsauginiai įtaisai, nepaisant jų konstrukcijos, dažnai vadinami viršįtampio slopintuvais. Įsivaizduokite kažkokią dviejų laidų elektros grandinę, kuri patenka į jūsų namus. Tebūnie tai, pavyzdžiui, 220 V tinklas Neturėsite problemų, jei tinkle žaibiškų viršįtampių dydis bus apribotas iki tokio lygio, kuris yra saugus izoliuoti vidinius laidus ir prie tinklo prijungtą įrangą (pavyzdžiui, televizorių). , mikrobangų krosnelė ar kompiuteris). Esant 220 V darbinei įtampai, izoliacija trumpam atlaikys įtampos padidėjimą 3–5 kartus, vargu ar daugiau. Tai reiškia, kad prie įėjimo į namą būtina įrengti įrenginį, kuris neleis viršįtampiui pakilti aukščiau.
Mechaninė sistema čia netinkama dėl savo inercijos. Bet kuri mechaninė relė veikia vienetais iki dešimčių milisekundžių, o žaibo srovės sukelta žaibo viršįtampis auga maždaug 100 kartų greičiau. Reikiamą greitį užtikrina tik puslaidininkiniai arba dujų išlydžio įrenginiai. Šiandien abu jie sėkmingai naudojami.
Pagrindinė idėja yra tokia. Toje vietoje, kur į namą patenka oro tinklas, lygiagrečiai laidams įrengiama iš cinko oksido sukepinta poveržlė. Jo storis parenkamas taip, kad esant 220 V įtampai jis praktiškai nepraleistų srovei ir veiktų kaip puikus izoliatorius, nepaveikdamas elektros grandinės. Tačiau įvykus žaibo viršįtampai, poveržlės laidumas labai greitai padidėja. Mikrosekundės dalimis jis artėja prie metalinio laidininko laidumo. Taip susidaręs trumpasis jungimas neleidžia viršįtampiui pereiti į pastato viduje esančią įrangą ir ji lieka nepažeista. Kai užgęsta žaibo srovė ir dingsta viršįtampis, cinko oksido poveržlė per tas pačias mikrosekundės dalis grįžta į nelaidžią būseną. Per tokį trumpą jo veikimo laiką automatiniai jungikliai ir saugikliai nespėja veikti ir nenutrūksta namo elektros tiekimas.
Kiti puslaidininkiniai įtaisai, varistoriai, veikia maždaug taip pat. Keičiasi tik jų darbinė įtampa (saugant mikroprocesorių technologiją ji gali būti labai žema), tačiau veikimo principas išlieka nepakitęs). Dėl savo konstrukcijos paprastumo, puslaidininkiniai viršįtampio slopintuvai (SVR) yra plačiai naudojami. Jie gali būti montuojami į mažo dydžio dėklą, maždaug tokį patį, kaip ir buitines mašinas, ir gali būti lengvai montuojami ant įprastos perjungimo įrangos linijos. Tačiau šiandien specialistai vis dažniau kreipiasi į senus ir seniai žinomus dujų išlydžio įrenginius. Juose apsaugota grandinė uždaroma ne puslaidininkine poveržle, o sugedus specialiam trumpo ilgio kibirkšties tarpui.
Dujomis užpildyti kibirkšties tarpai yra sudėtingesnis įrenginys nei puslaidininkinis ribotuvas. Jame turi būti įtaisas lankui nutraukti trumpojo jungimo srove elektros tinkle. Šis lankas negali užgęsti savaime, jis užgesinamas specialiu sprogimu. Bet kibirkštinis tarpas yra patikimesnis, o svarbiausia, kad jis visiškai nenukenčia nuo atsitiktinio, nelabai stipraus, bet ilgalaikio įtampos padidėjimo elektros tinkle, tarkime, kai dėl fazių disbalanso 270 - 300 Vietoj įprastų 220 V palaikomas V. Nuo tokio viršįtampio oksidas -cinko poveržlė truputį atsidaro, pradeda leisti srovę, perkaista ir sugenda. Niekas panašaus nekelia grėsmės kibirkšties tarpui.

21. Kodėl žaibas prieštarauja mėgėjams
Skaityti skyriai suteikia idėją apie universalius žaibo ginklus. Galų gale, vienas iš jos ginklų gali veikti. Žmogui nėra lengviau, jei, spėjęs apsaugoti savo konstrukciją nuo tiesioginio žaibo smūgio, jis kenčia nuo didelio potencialo dreifo, žaibiškų viršįtampių elektros tinkle ar klaidingą komandą siuntusios elektroninės įrangos gedimų. Apsauga nuo žaibo turi būti visapusiška ir būtinai atitinkanti objekto technologinę paskirtį. Pusinės priemonės čia netinka. Be to, gali būti, kad trumparegiškas sprendimas gali sustiprinti pavojingą žaibo poveikį. Būtent todėl apsaugos nuo žaibo projektą turi parengti specialistas. Jis turi atidžiai įvertinti visų galimų aukštos temperatūros kanalo, srovės ir elektromagnetinio žaibo lauko poveikio pavojų. Reikia atsižvelgti ne tik į saugomo objekto projektinius ypatumus, bet ir į jo aplinką žemės paviršiuje ir net požemines komunikacijas. Mėgėjas to negali padaryti.
Labai svarbu, kad apsaugos nuo žaibo priemonės nebūtų „kabinamos“ ant jau įrengto objekto, o būtų kuriamos projekto stadijoje. Tik tada bus galima maksimaliai derinti apsaugos nuo žaibo elementus su saugomo objekto konstrukcinėmis detalėmis ir taip sutaupyti daug pinigų. Neretai pasitaiko atvejų, kai visiškai nereikšmingas objekto dizaino pakeitimas, neturintis įtakos jo technologinėms funkcijoms, labai smarkiai padidina atsparumą žaibai. Tokius sprendimus gali priimti tik aukštos kvalifikacijos specialistai.

Po šios „Žinių“ televizijos laidos net pop žvaigždės negalėjo konkuruoti su aukštos įtampos darbuotojų populiarumu. Visi norėjo sužinoti, ar tiesa, kad po žaibo smūgio Kinijos pilietis trenkėsi į žemę, greitai pašoko, nusipurtė ir norėjo eiti toliau, tačiau antrasis žaibas jį vėl ir vėl numušė be mirtinų rezultatų. Yra daug panašių istorijų. Populiarios knygos ir žurnalai pasakos apie didžiulį futbolininkų pralaimėjimą stadione, keleivius autobusų stotelėje ir beveik visą karvių bandą ganykloje. Istorijos yra šiurpios. Ligoninėje guli keliolika žmonių. Bet ligoninėje, o ne kapinėse. Ar žaibo pavojus gali būti labai perdėtas, jei žmogus sugeba atlaikyti tiesioginį jo smūgį? Bet kas sakė, kad poveikis yra tiesioginis? Dažniausiai taip nėra.

Žaibo išlydį lydi stipri elektros srovė. Net ir vidutiniam žaibo smūgiui jis yra arti 30 000 A, o galingiausiam - beveik eilės tvarka daugiau. Galiausiai ši srovė dirvožemyje pasklinda per visą Žemės tūrį. Bet koks žaibolaidis turi būti įžemintas. Norėdami tai padaryti, prie žaibolaidžio įrengiamas įžeminimo laidininkas. Jį sudaro vienas ar keli požeminiai įžeminimo elektrodai, vertikalūs arba horizontalūs. Iš metalinių elektrodų srovė teka į žemę, kur, kaip ir bet kuriame laidininke, galioja Ohmo dėsnis. Srovės ir varžos sandauga suteikia įtampą, šiuo atveju įtampą per įžeminimo elektrodą:

Atrodo, kad posakis pažįstamas, bet vis tiek ne visai, nes kalbame apie įtampą žemėje, kuri laikoma nuline. Galų gale, todėl jie yra įžeminti, kad nepatektų įtampa. Ir čia pasirodo aukštyn kojom, ir ne perkeltine, o labai tiesiogine prasme. Įtampa veikia žmogų per jo kojas, kurios normaliai ir tvirtai yra pasodintos ant žemės. Tam reikia paaiškinimo. Ir mes turime pradėti nuo paprasčiausio. Koks geras laidininkas yra dirvožemis? Atsakymas atrodo akivaizdus – tikrai geras, jei elektrikai ir saugos specialistai visada kalba apie įžeminimą. Mokslas ir technologijos yra pripratę prie konkrečių vertinimų. Žodžiai daug, mažai, gerai ir blogai nepaaiškina reikalo esmės. Laidininkų kokybė vertinama pagal jų varžą. Geram dirvožemiui jis yra beveik 100 omų*m – milijardą kartų didesnis nei juodojo plieno! Palyginimas yra daugiau nei įtikinamas. Padeda labai didelis tūris, per kurį žemėje sklinda žaibo srovė.

Nenoriu, kad skaitytojas pagautų mane pateikiant kokybinį aprašymą, todėl tuoj pat pereisiu prie kiekybinių vertinimų. Norėdami tai padaryti, vietoj įprastos įtampos naudinga naudoti kitą parametrą iš mokyklos fizikos. Mes kalbėsime apie elektrinio lauko stiprumą. Taip vadinamas įtampos kritimo dydis tam tikroje terpėje ilgio vienetui, pavyzdžiui, įtampos kritimas žemėje 1 m ilgio, beje, 1 m ilgis yra apytikslis žingsnio ilgis suaugęs žmogus. Atminkite, kad įtampa matuojama voltais vienam metrui. Jei elektrinis laukas žemėje E gr yra lygus 1 V/m, tarp žmogaus kojų veiks įtampa, kurios ilgis l = 1 m.

Laikas įvertinti žaibo srovės elektrinį lauką žemėje. Įsivaizduokime, kad jis pataikė į žaibolaidį, kurio įžeminimo lazdelė pagamintas pusrutulio, kurio skersmuo d = 0,5 m (vidutinio dydžio puodas ar katilas plovui), ir įkasamas į žemę, kaip parodyta paveikslėlyje. Fig. 1. Žaibo srovė I M simetriškai tekės nuo metalinio pusrutulio paviršiaus, kur jos tankis bus

Vidutiniam žaibo smūgiui, kurio srovė yra 30 000 A, mūsų atveju pasirodo, kad j M ≈ 7,6 × 10 4 A/m 2. Toliau pateikiama visiška analogija su Ohmo dėsniu. Norint gauti įtampą E gr, reikia padauginti srovės tankį iš grunto varžos ρ.

Net jei sutelksime dėmesį į labai laidų gruntą (ρ ≈ 100 omų * m), gauname labai įspūdingą 7 600 000 V / m vertę. 1 m žingsnio ilgio įtampa čia bus beveik aštuoni milijonai voltų. Sunku įsivaizduoti, kad Kinijos televizijos žmogus galėtų tai ištverti nepakenkdamas savo sveikatai. Greičiausiai antro užtrauktuko nereikėtų.

Čia gautą vertę iškviečia specialistai žingsninė įtampa (dar sako – žingsnio įtampa). Svarbu suprasti, kaip jis keičiasi žaibo iškrovos vietoje. Jei gruntas visur vienodas, viską lemia žaibo srovės tankis. Tolstant nuo pusrutulio formos įžeminimo elektrodo paviršius, kuriuo dėl simetrijos teka srovė, išliks pusrutulio formos. o jo spindulys r nuolat didės. Kartu su juo padidės pusrutulio formos paviršiaus, „užpildyto“ srovė, plotas, o jo tankis atitinkamai sumažės.

Elektrinio lauko stiprumas taip pat pradės sparčiai mažėti

R = 10 m atstumu nuo pradinių milijonų mūsų pavyzdyje liks šiek tiek mažiau nei 5000 V/m. Tai taip pat jautru, bet, kaip taisyklė, ne mirtina, nes aukštos įtampos trukmė, kaip ir žaibo srovės trukmė, vargu ar viršija 0,1 milisekundės. Aukštos įtampos laiptelis gali lengvai išmušti iš kojų, tačiau žmogui greičiausiai užtenka jėgų atsikelti.

Jei skaitytojas nepavargo nuo skaičių ir pasiekė šią ribą, tada jam bus nesunku suprasti, iš kur kilo sena rekomendacija nesislėpti nuo perkūnijos po dideliais medžiais. Dėl didelio ūgio juose labiausiai tikėtina, kad žaibas trenks. Nutrenkus, srovė tekės per medžio šaknų sistemą kaip per įžeminimo elektrodą. Prie šaknų ypač stiprus elektrinis laukas. Akivaizdu, kad čia nerekomenduojama stovėti, sėdėti ir ypač gulėti, nes žmogaus ilgis yra du kartus didesnis už jo žingsnį.

Jei dar kartą grįšime prie skaičių, turime pripažinti, kad jie visai nėra pervertinti. Net 100 000 A žaibo srovė nėra ypač reta, o dirvožemio savitoji varža gali būti dešimtis kartų didesnė nei naudojama vertinimuose. Dėl šios priežasties gyvybei pavojingą žingsnio įtampą galima išlaikyti pakankamai dideliu atstumu nuo žaibo smūgio taško. Galiausiai reikia atsižvelgti į įžeminimo elektrodo formą. Visi aukščiau pateikti įverčiai buvo atlikti pusrutulio formos įžeminimo elektrodui. Jo elektrinis laukas, kaip matyti iš aukščiau pateiktų formulių, mažėja labai greitai – atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui. Dažniau įžeminimo laidininkai montuojami iš ilgų šynų arba strypų, kurie mažai primena puslankį. Jų elektrinis laukas mažėja daug lėčiau. Dėl to labai pastebimai padidėja pavojingo susidūrimo su žaibu spindulys, kartais net iki kelių dešimčių metrų. Tai paaiškina masines žmonių aukas paplūdimyje ar futbolo aikštėje.

Čia pateikiami tipinio įžeminimo įrenginio žingsninės įtampos apskaičiavimo rezultatai, kuriuos rekomenduoja buitinės apsaugos nuo žaibo standartas. Jį sudaro horizontalus 10 m ilgio autobusas ir trys vertikalūs po 5 m strypai – du autobuso kraštuose ir vienas viduryje. Grunto varža 1000 Ohm*m (nesudrėkintas smėlis), žaibo srovė 100 kA. Tai galingas žaibas – 98% žaibo išlydžių turi mažesnę srovę. Skaičiai grafike įspūdingi – šimtai kilovoltų tiesiai prie įžeminimo elektrodo, virš 70 kV 15 m atstumu ir mažiausiai 10 kV 40 m atstumu.

Kai Maskvoje buvo restauruojama Kristaus Išganytojo katedra, projektuotojai atsižvelgė į tai, kad atsižvelgiant į nemažą jos aukštį, reikėtų tikėtis kone kasmetinio žaibo smūgio. Gali būti, kad šis smūgis įvyks per šventę, prieangyje susirinkus daugybei žmonių. Siekiant užtikrinti parapijiečių saugumą, reikėjo užtikrinti, kad žaibo srovė sklistų per labai plačią požeminių šynų sistemą, taip sumažinant žingsninę įtampą.

Stiprus elektrinis laukas žemėje sukelia dar vieną nepatogumą. Lauko stiprumui padidėjus iki 1 MV/m, žemėje prasideda jonizacija. Tam tikromis sąlygomis tai sukelia plazmos kanalo augimą, kuris slysta išilgai dirvožemio paviršiaus, šiek tiek įsiskverbdamas į jį. Kanalai (o jų gali būti keli, kaip šioje laboratorijoje darytoje nuotraukoje) gali judėti iš taško, kur įvedama žaibo srovė

dešimčių metrų. Tiesą sakant, jie turėtų būti laikomi žaibo tęsiniu, tik ne ore, o palei žemės paviršių. Reikia pasakyti, kad tai nedaro jų mažiau pavojingų, nes srovė kanale yra dešimtys procentų žaibo srovės, o temperatūra akivaizdžiai aukštesnė nei 6000 0. Tikiuosi, kad skaitytojui nereikės didelės fantazijos, kad įsivaizduotų tokio kanalo kontakto su kuro nuotėkio sritimi ant alyvos pakrovimo stovo ar požeminio kabelio, pavyzdžiui, telefono kabelio ar mikroelektroninę sistemą valdančio kabelio, pasekmes.

Sausaisiais 2010-aisiais centrinė televizija transliavo reportažą iš kaimo Omsko srityje, kuris visiškai sudegė per perkūniją. Maskvos korespondentas paklausė kaimo močiučių: „Kodėl jos to neužgesino? Jie atsakė vieningai; „Buvo baisu – ugningos strėlės šliaužė žeme. Dar kartą pažvelkite į nuotrauką. Ar tikrai taip atrodo? Močiutės ne veltui bijojo. Elektrinis laukas ties kibirkšties kanalais nedaug skiriasi nuo lauko prie metalinių šynų. Priartėjimas prie jų gali lengvai baigtis mirtimi.

To, kas pateikiama, pakanka įsitikinti žaibo išradingumu. Jūs sumontavote patikimą apsaugą iš viršaus žaibolaidžių pagalba ir ji prasiskverbia pas Jus sukamuoju manevru ir prasiskverbia palei žemės paviršių. Štai kodėl beveik visi populiarūs straipsniai baigiasi raginimu nepamiršti profesionalų. Juokauti su grėsmingais gamtos reiškiniais rizikinga ir lengvabūdiškai su jais elgtis nepriimtina.

E. M. Bazelianas, technikos mokslų daktaras, profesorius
Energetikos institutas, pavadintas G.M. Kržižanovskis, Maskva

Tikimės, kad ateityje ši svetainė taps elementariu savigynos nuo žaibo vadovėliu. Čia planuojame nuolat skelbti straipsnius apie realius žaibo elektros pavojus ir šiuolaikines žaibosaugos priemones. Jie skirti padėti suprasti problemos esmę ir įvertinti turimus būdus jai išspręsti.

Yra paplitęs stereotipas, kad žaibas trenkia iš viršaus į apačią. Tai toli gražu netiesa, nes, be antžeminio žaibo, yra ir debesies viduje esančių žaibų ir netgi žaibų, kurie egzistuoja tik jonosferoje.

Žaibas yra didžiulė elektros iškrova, kurios srovė gali siekti šimtus tūkstančių amperų, ​​o įtampa – šimtus milijonų vatų. Kai kurių žaibo atmosferoje ilgis gali siekti keliasdešimt kilometrų.

Žaibo prigimtis

Fizinę žaibo prigimtį pirmasis aprašė amerikiečių mokslininkas Benjaminas Franklinas. 1750-ųjų pradžioje jis atliko eksperimentą, siekdamas ištirti atmosferos elektrą. Franklinas palaukė, kol atkeliaus audringas oras, ir paleido į dangų aitvarą. Į gyvatę trenkė žaibas, ir Benjaminas padarė išvadą apie elektrinę žaibo prigimtį. Mokslininkui pasisekė – maždaug tuo pačiu metu nuo žaibo smūgio į jo kurtą aparatą žuvo rusų tyrinėtojas G. Richmanas, taip pat tyrinėjęs atmosferos elektrą.

Žaibų formavimosi procesai griaustinio debesyse ištirti iki galo. Jei žaibas praeina per patį debesį, jis vadinamas intradebesis. O jei atsitrenkia į žemę, tai vadinama žeme.

Žemės žaibas

Žemės žaibo formavimo procesas apima kelis etapus. Pirmiausia atmosferoje elektrinis laukas pasiekia kritines reikšmes, įvyksta jonizacija, galiausiai susidaro kibirkštinis išlydis, kuris iš perkūnijos debesies sminga į žemę.

Griežtai tariant, žaibas trenkia tik iš dalies iš viršaus į apačią. Pirma, pradinė iškrova iš debesies plūsta link žemės. Kuo arčiau žemės paviršiaus, tuo labiau didėja elektrinio lauko stiprumas. Dėl šios priežasties nuo Žemės paviršiaus link artėjančio žaibo išstumiamas atsako užtaisas. Po to per jonizuotą kanalą, jungiantį dangų ir žemę, skleidžiama pagrindinė žaibo išlydis. Jis tikrai pataiko iš viršaus į apačią.

Intracloud žaibas

Intracloud žaibas paprastai yra daug didesnis nei žemės žaibas. Jų ilgis gali siekti 150 km. Kuo vietovė arčiau pusiaujo, tuo dažniau joje įvyksta debesies žaibai. Nors šiaurinėse platumose debesyje ir žemėje žaibo santykis yra maždaug vienodas, pusiaujo zonoje debesies viduje esantys žaibai sudaro apie 90 % visų žaibo išlydžių.

Spraitai, elfai ir purkštukai

Be įprastų perkūnijos žaibų, yra tokių mažai tyrinėtų reiškinių kaip elfai, purkštukai ir spritai. Spraitai yra panašumai į žaibus, kurie pasirodo iki 130 km aukštyje. Purkštukai susidaro apatiniuose jonosferos sluoksniuose ir atrodo kaip mėlynos iškrovos. Elfų iškrovos taip pat turi kūgio formą ir gali siekti kelių šimtų kilometrų skersmenį. Paprastai elfai pasirodo maždaug 100 km aukštyje.