כיצד להגן על עצמך מפני ברקים

הברק תמיד העיר את דמיונו של האדם ואת רצונו להכיר את העולם. היא העלתה אש על האדמה, לאחר שאילפה אותה, אנשים התחזקו יותר. אנו עדיין לא סומכים על כיבוש תופעת הטבע האדירה הזו, אלא נרצה "דו קיום שלווה". אחרי הכל, ככל שהציוד שאנו יוצרים מושלם יותר, כך החשמל האטמוספרי מסוכן יותר עבורו. אחת משיטות ההגנה היא לבחון מראש בעזרת סימולטור מיוחד את פגיעותם של מתקנים תעשייתיים לשדה הברק הנוכחי והאלקטרומגנטי.

לאהוב את הסערה בתחילת מאי קל משוררים ואמנים. מהנדס הכוח, איש האיתות או האסטרונאוט לא ישמח מתחילת עונת סופות הרעמים: הוא מבטיח יותר מדי צרות. בממוצע, כל קילומטר רבוע ברוסיה מהווה מדי שנה כשלוש שביתות בזק. הזרם החשמלי שלהם מגיע ל 30,000 A, ועבור הפרשות החזקות ביותר הוא יכול לעלות על 200,000 A. הטמפרטורה בתעלת פלזמה מיוננת היטב של ברק בינוני אפילו יכולה להגיע ל 30,000 מעלות צלזיוס, שהיא גבוהה פי כמה מאשר בקשת החשמלית של מכונת הריתוך. וכמובן, זה לא מבשר טוב עבור מתקנים טכניים רבים. שריפות ופיצוצים מברקים ישירים מוכרים היטב למומחים. אבל ברור שאנשים רגילים מגזימים את הסיכון לאירוע כזה.

קצה עמוד הדגל של מגדל הטלוויזיה אוסטנקינו. ניתן לראות עקבות של זרימה מחודשת במציאות, "המצית החשמלית השמימית" אינה כה יעילה. תאר לעצמך: אתה מנסה להבעיר אש במהלך הוריקן, כאשר בגלל הרוח העזה קשה להדליק אפילו קש יבש. זרם האוויר מתעלת הברק עוצמתי עוד יותר: פריקתו מעוררת גל הלם שרעשו הרעם שובר ומכבה את הלהבה. פרדוקס, אך ברק חלש הוא סכנת שריפה, במיוחד אם זרם של בערך 100 A זורם בערוצו במשך עשיריות שנייה (במשך עידנים בעולם פריקות הניצוץ!), האחרון אינו שונה בהרבה מקשת, וקשת חשמלית תצית את כל מה שיכול להישרף.

עם זאת, עבור בניין בגובה רגיל, שביתות ברק אינן התרחשות תכופה. הניסיון והתיאוריה מראים: הוא "נמשך" למבנה קרקע ממרחק קרוב לשלושת גבהים. המגדל בן עשר הקומות יאסוף כ- 0.08 ברקים בשנה, כלומר ממוצע של 1 מכה ב 12.5 שנות פעילות. קוטג 'בעל עליית גג קטן פי 25: בממוצע, הבעלים יצטרך "לחכות" בערך 300 שנה.

אבל בוא לא נאזל את הסכנה. אכן, אם ברק יכה לפחות באחד מתוך 300-400 בתי כפר, סביר להניח שתושבי המקום לא רואים אירוע זה כבלתי חשוב. ויש עצמים באורך גדול בהרבה - נניח, קווי חשמל (NEP). אורכם עשוי בהחלט לעלות על 100 ק"מ, גובהם 30 מ '. המשמעות היא שכל אחד מהם יאסוף מכות מימין ומשמאל, ברצועות 90 מ'. שטח הברק "משיכה" יעלה על 18 ק"מ 2, מספרם 50 לשנה. כמובן שתומכי הפלדה של הקו לא יישרפו, החוטים לא יתמוססו. הברק מכה כשלושים פעמים בשנה בקצה עמוד התור של מגדל הטלוויזיה אוסטנקינו (מוסקבה), אך שום דבר נורא לא קורה. וכדי להבין מדוע הם מסוכנים לקווי חשמל, עליכם לדעת מה טיב ההשפעות החשמליות, לא התרמיות.

הכוח העיקרי של הברק

כאשר מכה בתמיכה של הקו החשמלי, הזרם זורם לקרקע דרך התנגדות הקרקע, אשר ככלל, היא 10-30 אוהם. באותו זמן החוק של אוהם אפילו הברק "הבינוני", עם זרם של 30,000 A, יוצר מתח של 300-900 קילוואט, ועוצמתי - כמה פעמים יותר. אז יש יתרונות סופת רעמים. אם הם מגיעים לגובה המגה-וולט, הבידוד של קו הכוח אינו קם ופורץ. מתרחש קצר חשמלי. הקו מנותק. חמור מכך, כאשר ערוץ של ברק נשבר ישירות לחוטים.ואז מתח החשמל הוא בסדר גודל גבוה יותר מאשר עם פגיעה בתמיכה. המאבק בתופעה כיום נותר משימה קשה לתעשיית הכוח החשמלי. יתר על כן, עם שיפור הטכנולוגיה מורכבותה רק גדלה.

מגדל הטלוויזיה Ostankino שימש כמוט ברק, לאחר שפספס מכה ברק 200 מטר מתחת לפסגה. כדי לספק את צרכי האנרגיה הצומחים במהירות של האנושות, יש לשלב תחנות כוח מודרניות למערכות עוצמתיות. מערכת אנרגיה אחידה פועלת כעת ברוסיה: כל מתקניה פועלים זה בזה. לפיכך, כישלון מקרי של אפילו קו העברת כוח או תחנת כוח אחת יכול להוביל לתוצאות חמורות הדומות למה שקרה במוסקבה במאי 2005. בעולם נצפו הרבה תאונות מערכת שנגרמו כתוצאה מברק. אחד מהם - בארצות הברית בשנת 1968, גרם לנזק של מיליוני דולרים. ואז כיבוי ברק כיבה את קו הכוח האחד, ומערכת הכוח לא הצליחה להתמודד עם גירעון האנרגיה שהתעורר.

אין זה מפתיע שמומחים מקדישים תשומת לב נאותה להגנה על קווי חשמל מפני ברקים. לאורך כל אורך קווי התקורה עם מתח של 110 קילוואט ומעלה, מושעים כבלי מתכת מיוחדים, המנסים להגן על החוטים מפני מגע ישיר מלמעלה. הבידוד שלהם ממקסם, ההתנגדות להארקה של התומכים מצטמצמת ביותר, והתקני מוליכים למחצה, כמו אלה המגנים על מעגלי הקלט של מחשבים או טלוויזיות באיכות גבוהה, משמשים להגבלת מתח מתח. נכון, הדמיון ביניהן הוא רק באופן עקרוני להפעלה, אולם מתח ההפעלה של מגבילים ליניאריים מוערך במיליוני וולט - הערכו את סולם עלות ההגנה מפני ברק!

אנשים שואלים לעתים קרובות האם ניתן לבצע תכנון קו עמיד בפני ברק לחלוטין? התשובה היא כן. אבל כאן שתי שאלות חדשות הן בלתי נמנעות: מי צריך את זה וכמה זה יעלה? אכן, אם אי אפשר לפגוע בקו העברת כוח מוגן באופן מהימן, אז אפשר, למשל, ליצור פקודה שגויה לנתק את הקו או פשוט להרוס את מעגלי האוטומציה במתח נמוך, שבעיצוב מודרני בנויים על טכנולוגית מעבד. מתח הפעולה של השבבים יורד מדי שנה. כיום זה מחושב ביחידות וולט. שם יש מקום לברק! ואין צורך בשביתה ישירה, מכיוון שהיא מסוגלת לפעול מרחוק ומייד על שטחים גדולים. הנשק העיקרי שלו הוא השדה האלקטרומגנטי. זה הוזכר לעיל על זרם הברק, אם כי גם הזרם וקצב הצמיחה שלו חשובים להערכת כוח האלקטרומוטי של אינדוקציה מגנטית. ברק האחרון יכול לעלות על 2 1011 A / s. בכל מעגל בשטח של 1 מ"ר במרחק של 100 מ 'מתעלת הברק, זרם כזה יגרום למתח שמתנשא לגובה כפליים מאשר בשקעים של בניין מגורים. לא צריך הרבה דמיון כדי לדמיין את גורלם של מיקרו-שבבים המיועדים למתח בסדר גודל של וולט אחד.

בתרגול עולמי, יש הרבה תאונות קשות בגלל הרס מעגלי בקרת בזק. רשימה זו כוללת נזק לציוד המשולב של מטוסים וחלליות, כיבוי כוזב של "חבילות" שלמות של קווי מתח בעלי מתח גבוה וכישלון בציוד של מערכות תקשורת ניידות אנטנה. למרבה הצער, מקום מורגש כאן "הנזק" בכיס האזרחים הרגילים בגלל נזק למוצרי חשמל ביתיים, שממלא יותר ויותר את בתינו.

דרכי הגנה

אנו רגילים להסתמך על הגנת ברקים. האם אתה זוכר את ההיסטוריה למדען הגדול במאה ה- XVIII, האקדמאי מיכאיל לומונוסוב על המצאתם? בן ארצנו המפורסם היה מרוצה מהניצחון, אמר כי האש השמימית חדלה להיות מסוכנת. כמובן שמכשיר זה על גג בניין מגורים לא יאפשר לברק להבעיר ריצוף עץ או חומרי בנייה דליקים אחרים. לגבי השפעות אלקטרומגנטיות, הוא חסר אונים. זה לא משנה אם זרם הברק זורם בתעלה או דרך מוט המתכת של מוט הברק, הוא בכל זאת מרגש שדה מגנטי ומשרה מתח מסוכן עקב אינדוקציה מגנטית במעגלים חשמליים פנימיים. כדי להילחם בזה ביעילות, מוט ברק נדרש ליירט את תעלת הפריקה בגישות מרחוק לאובייקט המוגן, כלומר הופכים להיות גבוהים מאוד מכיוון שהמתח המושרה הוא ביחס הפוך למרחק למוליך הנוכחי.

כיום נרכש ניסיון רב בשימוש במבנים כאלה בגבהים שונים.עם זאת, הסטטיסטיקה לא מאוד מנחמת. אזור ההגנה של מוט ברק מוט מוצג בדרך כלל בצורה של חרוט, שצירו הוא, אך עם קצה המוח שנמצא מעט נמוך מקצהו העליון. בדרך כלל "ליבת" בגובה 30 מטר מספקת אמינות של 99% מהגנת הבניין אם היא מתנשאת כ -6 מטרים מעליה. להשיג זאת אין בעיה. אך עם עליית גובה מוט הברק, המרחק מקודקודו לאובייקט "המכוסה", המינימום הנדרש להגנה משביעת רצון, צומח במהירות. עבור מבנה של 200 מטר באותה דרגת אמינות, פרמטר זה כבר עולה על 60 מ ', ועבור מבנה של 500 מטר - 200 מ'.

מגדל הטלוויזיה האוסטנקינו האמור לעיל ממלא גם תפקיד דומה: הוא אינו מסוגל להגן על עצמו, הוא מחמיץ מכהות ברקים במרחק של 200 מ 'מתחת לפסגה. רדיוס אזור ההגנה בגובה הקרקע עבור מוטות ברק גבוה עולה גם הוא בצורה חדה: בגודל 30 מטר הוא דומה לגובהו, לאותו מגדל טלוויזיה - 1/5 מגובהו.

במילים אחרות, אי אפשר לקוות שמוטות ברקים מעיצוב מסורתי יוכלו ליירט ברק בגישות מרוחקות לאובייקט, במיוחד אם האחרון תופס שטח גדול על פני כדור הארץ. המשמעות היא שעלינו להתחשב בהסתברות האמיתית לפריקת ברק לשטח תחנות כוח ותחנות משנה, שדות תעופה, מחסנים של דלקים נוזליים וגזים ושדות אנטנות מורחבים. זרם הברק מתפשט באדמה ונכנס בחלקו לתקשורת המחתרתית הרבה של מתקנים טכניים מודרניים. ככלל, ישנם מעגלי חשמל של מערכות אוטומציה, בקרה ועיבוד מידע - המכשירים המיקרואלקטרוניים שהוזכרו לעיל. אגב, חישוב הזרמים בכדור הארץ מסובך אפילו בניסוח הפשוט ביותר. קשיים מחמירים בגלל שינויים חזקים בהתנגדותם של מרבית הקרקעות, תלוי בעוצמת זרמי הקילומפרה המתפשטים בהם, המאפיינים רק פריקות חשמל אטמוספרי. החוק של אוהם אינו חל על חישוב מעגלים עם התנגדות לא לינארית כזו.

ל"לא-ליניאריות "של האדמה מתווסף ההסתברות להיווצרות תעלות ניצוץ מורחבות בה. צוותי תיקון קווי חבלים מכירים היטב תמונה כזו. תלם משתרע על פני האדמה מעץ גבוה בשולי יער, כמו ממחרשה או מחרשה ישנה, ​​ומתנתק ממש מעל המסילה של כבל טלפון תת קרקעי שנפגע במקום זה - נדן המתכת מקומט, בידוד הליבות נהרס. כך הופיעה השפעת הברק. היא הכה עץ, והזרם שלו, שהתפשט לאורך השורשים, יצר שדה חשמלי חזק באדמה, יצר בו תעלת ניצוץ פלזמה. למעשה, הברק המשיך בהתפתחותו, כביכול, לא רק באוויר, אלא באדמה. וכך זה יכול לעבור עשרות, ובאדמה מוליכה גרועה במיוחד קרקעות (סלעי או חדיר) ומאות מטרים. הפריצה לאובייקט לא מתבצעת באופן המסורתי - מלמעלה, אלא עוקפת כל מוטות ברק מלמטה. פריקות הזזה לאורך פני האדמה משוחזרים היטב במעבדה. כל התופעות המורכבות והלא-לינאריות הללו זקוקות למחקר ניסיוני, דוגמנות.

הזרם לייצור פריקה יכול להיווצר על ידי מקור פועם מלאכותי. אנרגיה מצטברת בבנק הקבלים במשך כדקה ואז "נשפכת" לבריכה עם אדמה בתריסר מיקרו-שניות. כוננים קיבוליים כאלה נמצאים במרכזי מחקר רבים במתח גבוה. ממדיהם מגיעים לעשרות מטרים, מסה - עשרות טונות. אינך יכול למסור כזה לטריטוריה של תחנת חשמל או מתקן תעשייתי אחר על מנת לשחזר באופן מלא את התנאים להתפשטות זרמי ברק. זה אפשרי רק במקרה, כאשר החפץ צמוד למעמד בעל מתח גבוה - למשל, במתקן פתוח של מכון המחקר הסיבירי לאנרגיה, ממוקם גנרטור מתח גבוה עם דופק ליד קו הולכה של 110 קילוואט. אבל זה כמובן יוצא דופן.

סימולטור ברק

למעשה, זה לא אמור להיות ניסוי ייחודי, אלא מצב רגיל.למומחים יש צורך בהדמיה מלאה של זרם הברק בקנה מידה מלא, מכיוון שזו הדרך היחידה להשיג תמונה אמינה של התפלגות הזרמים בכלי עזר תת קרקעיים, למדוד את השפעות השדה האלקטרומגנטי על התקני מעבד, ולקבוע את אופי התפשטות תעלות הניצוץ הזזה. בדיקות מקבילות צריכות להיות נפוצות ויבוצעו לפני הזמנתו של כל מתקן טכני אחראי בסיסי, כפי שנעשה זה מכבר בתחום התעופה והאסטרונאוטיקה. כיום אין ברירה אלא ליצור מקור חזק, אך קטן ונייד של זרמי דופק עם פרמטרים של זרם ברק. דגם האב-הטיפוס שלה כבר קיים ונבדק בהצלחה בתחנת הרכבת Donino (110 קילוואט) בספטמבר 2005. כל הציוד שוכן בקרוואן מפעל מהוולגה הסדרתית.

מתחם הבדיקות הנייד מבוסס על גנרטור שממיר את האנרגיה המכנית של פיצוץ לאנרגיה חשמלית. תהליך זה ידוע בדרך כלל: הוא מתרחש בכל מכונה חשמלית, שם הכוח המכני מניע את הרוטור, כנגד כוחו של האינטראקציה שלו עם השדה המגנטי של הסטטור. ההבדל המהותי הוא קצב שחרור האנרגיה הגבוה במיוחד במהלך הפיצוץ, שמאיץ במהירות את בוכנת המתכת (אניה) שבתוך הסליל. זה מעתיק את השדה המגנטי במיקרו-שניות, ומספק עירור במתח גבוה בשנאי דופק. לאחר הגברה נוספת על ידי שנאי דופק, המתח מייצר זרם באובייקט הבדיקה. הרעיון של מכשיר זה שייך לארצנו המצטיין, "אביו" של פצצת המימן, האקדמאי A.D. סחרוב.

פיצוץ בתא מיוחד בעל חוזק גבוה הורס רק סליל באורך 0.5 מ 'ותוחם בתוכו. שאר האלמנטים בגנרטור משמשים שוב ושוב. ניתן לכוונן את המעגל כך שקצב הגידול ומשך הדופק הנוצר יתאימו לפרמטרים הנוכחיים של ברק. יתר על כן, ניתן "להסיע" אותו לאובייקט באורך גדול, למשל, לחוט בין תומכי קו הולכה חשמליים, אל לולאת האדמה של תחנת משנה מודרנית או אל גוף המטוס של מטוס.

בבדיקת מדגם מחולל אב-טיפוס, הוכנסו לתא רק 250 גרם חומר נפץ. די בכך כדי ליצור דופק זרם עם משרעת של עד 20,000 A. עם זאת, לראשונה הם לא הלכו על השפעה כה רדיקלית - הזרם היה מוגבל באופן מלאכותי. עם תחילת ההתקנה נשמעה רק קפיצת אור של מצלמת הפיצוץ. ואז הקלטות האוסילוסקופים הדיגיטליים שנבדקו אז הראו: דופק זרם עם הפרמטרים הנתונים הוכנס בהצלחה למוליך ברק המשנה. חיישנים הבחינו במתח חשמל בנקודות שונות בלולאת הקרקע.

כעת מתחם המשרה המלאה נמצא בתהליך ההכנה. הוא יותאם לסימולציה מלאה של זרמי ברק ובאותה עת יונח בחלק האחורי של משאית סדרתית. תא הנפץ של הגנרטור נועד לעבוד עם 2 ק"ג חומר נפץ. יש כל סיבה להאמין שהמתחם יהיה אוניברסאלי. בעזרתו ניתן יהיה לבדוק לא רק כוח חשמלי, אלא גם חפצים גדולים אחרים של ציוד חדש להתנגדות להשפעות שדה ברק ואלקטרומגנטית: תחנות כוח גרעיניות, מכשירי טלקומוניקציה, מערכות טילים וכו '.

ברצוני לסיים את המאמר בנימה עיקרית, מה גם שיש סיבות לכך. הזמנת מתקן בדיקה במשרה מלאה תאפשר הערכה אובייקטיבית של יעילות ציוד המגן המתקדם ביותר. עם זאת, עדיין קיימת אי שביעות רצון מסוימת. למעשה, האדם שוב עוקב אחר הובלת הברק ונאלץ להשלים עם הרצון שלה, תוך הפסד כסף רב. השימוש באמצעי הגנה מפני ברקים מוביל לעלייה בגודל העצם ובמשקלו, עלויות חומרים נדירים הולכים וגדלים.מצבים פרדוקסאליים הם אמיתיים למדי כאשר גדלי ציוד המגן חורגים מאלה של האלמנט המבני המוגן. פולקלור הנדסי מאחסן את תגובתו של מעצב מטוסים ידוע להצעה לתכנן מטוס אמין לחלוטין: ניתן לבצע עבודה זו אם הלקוח יתיישר עם החיסרון היחיד של הפרויקט - המטוס לעולם לא ייצא מהקרקע. משהו דומה קורה כיום בהגנה מפני ברקים. במקום מתקפה, מומחים מחזיקים בהגנה מעגלית. כדי לפרוץ ממעגל הקסמים, עליכם להבין את מנגנון היווצרות מסלול הברק ולמצוא אמצעים לשליטה בתהליך זה בגלל השפעות חיצוניות חלשות. המשימה קשה, אך רחוקה מלהיות חסרת סיכוי. כיום ברור כי ברק הנע בין ענן לארץ מעולם לא פוגע בעצם אדמה: מקודקודו לעבר ברק מתקרב צומח ערוץ ניצוץ, מה שמכונה המנהיג המתקרב. תלוי בגובה העצם הוא נמשך עשרות מטרים, לפעמים כמה מאות ופוגש ברק. כמובן ש"תאריך "זה לא תמיד קורה - ברק יכול להחמיץ.

אבל זה די ברור: ככל שהמנהיג המתקרב יעלה מהר יותר, כך הוא יתקדם לברק, ולכן סיכויים רבים יותר להיפגש. לכן עליכם ללמוד כיצד "להאט" את תעלות הניצוץ מחפצים מוגנים, ולהיפך, לעורר ממוליכי ברק. הסיבה לאופטימיות נעוצה בהשראת אותם שדות חשמל חיצוניים חלשים מאוד שבהם נוצר ברק. בסופת רעמים, שדה בקרבת כדור הארץ הוא בערך 100-200 וולט / ס"מ - בערך כמו על פני כבל חשמלי של ברזל או מכונת גילוח חשמלית. מכיוון שברק מסתפק בקטנות כזו, פירושו שההשפעות השולטות בו יכולות להיות חלשות באותה מידה. חשוב רק להבין באיזו נקודה ובאיזו צורה יש להגיש אותם. קדימה היא עבודת מחקר קשה אך מעניינת.

האקדמאי ולדימיר FORTOV, המכון המשותף לפיזיקה בטמפרטורה גבוהה RAS, דוקטור למדעים טכניים אדוארד בזליאן, מכון אנרגיה על שם G.M. קרז'יזנובסקי.