Az épületek és szerkezetek villámvédelem - a rendszerek típusai és a működési elv
A villám elleni védelem rendszerét nemcsak egy intelligens házra, hanem bármilyen struktúrára is szükség van. Ha villám csapódik a házra, a villámvédelem megakadályozza az emberek sérülését, védi a berendezéseket és az elektromos berendezéseket a károsodástól. A cikk elolvasása után megtudhatja, hogyan működik a villámvédelem, miért fontos ez, és mennyibe kerül a telepítés költsége.
Mi a villám
A légtömegek mozgása, a páratartalom és más tényezők változása következtében a légkörben statikus elektromosság jön létre, amelynek feszültsége elérte a milliárdos feszültséget. Amikor a feszültség túl magasra fordul, elektromos lemerülés következik be, amelyet villámlásnak neveznek. A kisülés lépésről lépésre megtörténik - a légköri terület a legnagyobb stressz helye mellett ionizálódik. Az ionizált területeken a szalag (vezető) - egy kis kibocsátás, létrehozva egy csatornát egy erős ívkisüléshez. A szalaghossz több kilométert is elér. Egy szakasz lebomlása után a villámlás több mikrosecundal lefagy, majd a vezető megtöri a következő részt.
Ugyanakkor a talajból előrelépő szalag emelkedik ki a talajból. Ez annak köszönhető, hogy a feltöltött és a töltés nélküli mezők potenciális különbsége és kölcsönös vonzereje következik be. A föld magas elektromosan vezetőképessége és hatalmas tömege miatt egy töltés nélküli elektród szerepét játssza, így a statikus elektromosság töltése magához vonzza a feltöltetlen molekulákat. Ugyanez a hatás akkor fordul elő, amikor az ujjakat dörzsölni néhány cukorkák csomagolásával - a statikus elektromosság hatására vonzza a bőrt. Amikor mindkét szalag csatlakoztatva van, egy stabil csatorna jön létre, amelyen keresztül hatalmas energiamennyiség halad el, tíz gigawattot elérve.
Az alsó szalagképződés kialakulásának helye függ:
- magasság a talajszint felett;
- páratartalom;
- szélsebesség;
- a levegő ionizációjának szintje.
Az alsó vezető leggyakrabban a fák koronájának tetején, az épületek tetőjén és a talajszint fölé magasodó egyéb tárgyaknál keletkezik. Amikor a csatorna kialakul, több ezer amperes áram halad át az alsó szalag megjelenésének helyén. Ha villám csapódik a ház tetejére, akkor a több millió feszültségű statikus elektromosság befolyásolja az embereket és a háztartási készülékeket. Ennek eredményeképpen a berendezés megszakad, az emberek súlyosan megsérülnek, gyakran halálhoz vezetnek és tüzek jelentkeznek.
Hogyan működik az épületek villámvédelmi rendszere?
A villámvédelem fő célja az alsó szalagképződés helyének megváltoztatása. Ehhez egy fizikai törvényt kell figyelembe venni - az elektromos áram a legkisebb ellenállás útján halad. A levegő nagyon nagy elektromos ellenállással rendelkezik, így a szalag ionizálás és kisülési folyamat eredményeképpen jön létre. A villámvédelem a leeresztéshez szükséges második pólus magasságában változtat. A villámvédelmi földelés ásik vagy a földbe kerülnek, így amikor a villámcsapás megtörik, az egész töltés a talajba mélyedik és ott elszivárog. A villámcsatlakozót és a földelést acél, réz vagy alumínium vezetékek csatlakoztatják, amelyek problémamentesen képesek ellenállni a több tízezer amperesnek. A villámtorony az épület fölé emelkedik, így a szalag nem a tetőről van kialakítva, hanem abból. Ennek eredményeképpen egy villámcsapás belép a villámhárítóba, és fémes csatlakozáson keresztül a talajba kerül, ahol ártalmatlanul elszivárog.
A villámvédelem szükségességének megállapításához vegye figyelembe a következő tényezőket:
- az épület magassága a talaj felett;
- átlagos talajnedvesség;
- a talaj elektromos vezetőképessége;
- a zivatarok gyakorisága azon a területen, ahol a ház fel van szerelve;
- tetőszerkezet;
- jelenlét magas fák, fém vagy vasbeton szerkezetek közelében.
A villám mindig követi a legkisebb ellenállást. Ha a ház a többi épület fölé tornyosul, akkor előfordulhat, hogy előbb-utóbb beleesnek a villámok. Ez különösen igaz azoknak a régióknak, ahol a vihar gyakori esemény. Ha van egy fa a ház közelében, egy fém vagy vasbeton szerkezet, akkor a villám valószínűleg megüti. Végül is a fa vagy a vasbeton elektromos vezetőképessége több tízezer alkalommal magasabb, mint a levegőé. A fém tető a villámlás provokatív tényezője. Végül is az elektromos vezetőképesség sokkal magasabb, mint a fa vagy vasbetoné, és egy nagy terület nagyobb teljesítményt eredményez. Itt ugyanaz az elv működik, mint az elektrotechnika: minél nagyobb a vezető keresztmetszete, annál kisebb az ellenállása, és ennek megfelelően minél magasabb az áram.
Villámvevők típusai magánházak számára
Minden villámvédelem a következőre oszlik:
- a villám detektorok típusa és száma;
- az áramvezetékek típusa és száma;
- típus és földterület;
- általános hatékonyság.
A villám detektorok a következőkre oszthatók:
Az aktív villámgyorsítók a gyártó szerint függetlenül alkotják az alsó szalagot, de hatékonyságuk nem bizonyított. Passzív természetes villám detektorként fémtetőt lehet használni, ha ellenáll a kisülési áramnak. Ehhez vastagságának legalább 7 mm-nek kell lennie. A tű alakú villám vevő egy fém csap, leggyakrabban egy acélcsap, amely tornyozza az épületet. A kábelvilágító vevőegység egy acélkábelből készült, amely az épületen keresztül két aktuális hordozóra támaszkodik. A hálós villámhálózat a tető fölé magasodó acélhálózat formájában készül.
A vastagság és az aktuális vezetők száma az épület területe alapján kerül kiszámításra. Meg kell felelniük a több tízezer amperes áramnak, és nincs korróziós károsodásuk. Végül is, minden kár megnöveli az áramvezetés ellenállását, ami azt eredményezi, hogy túlmelegszik és még olvad, ami tüzet okozhat. Gyakran, mint áramvezető vasbeton falak vagy oszlopok megerősítését használja. Ebben az esetben villámvédelem épül az épületben az építési projekt előkészítésének szakaszában. Ezután feltárja az alapzat gödröcskését, és a földet felhúzza, majd folytassa a munkát. A földelés területe és típusa az épület területe, a talaj és az alkalmazott anyag ellenállása alapján határozható meg.
A leghatékonyabb villámhálózati vevőkészülékek, amelyek az épület felett pár méterre magasodnak. Kevésbé hatékonyabbak a kábelvillák. Ez annak köszönhető, hogy az a tényleges terület, ahol a villám detektor védelmet nyújt, egyenlő a magasságával. Ha a villámhárító 10 méternél magasabbra emelkedik a fémtető felett, akkor a tető szintjén a hatékony védelmi sugar 10-12 méter. Ezért a hatékony védelem érdekében a kábelvilágító vevőt a tető fölé kell emelni a ház szélességének megfelelő távolságban. A hálószem-vevőkészülék ilyen korlátozásoktól mentesül. A pinning lightning vevő a legkevésbé hatékony, mert ugyanazon az elven működik - a védelmi sugár megegyezik a ház teteje fölötti magassággal. Ezért a magas színvonalú védelemnek óriási magasságúnak kell lennie, ami nagyon drága lesz. Megfelelően hatékony és olcsó napszemüveg-vevőkészülékek, amelyeket a tetőn vagy a fedél alatt helyeznek el. Ha a tető fém, meg kell határozni egy rács rajta magasságban 10-50 cm. Ha a tető a bitumen vagy a csempe, a rács lehet lógott közvetlenül alatta. A kábel, hálószem vagy tű vastagságának elegendőnek kell lennie a túlmelegedés elkerülése érdekében több ezer amperes áramnak.
Lehetőség van egy hatékony villámvédelemre?
A villámvédelem kiszámításánál számos tényezőt figyelembe kell venni, amelyben csak az ilyen rendszerek szakemberei ismerik jól magát. Végül is meg kell határoznia a talaj elektromos vezetőképességét, számítsa ki a talaj méretét és alakját, az áramvezeték keresztmetszetét, a villám detektor típusát, méretét és módját. Mindent megtesz, nagyjából, ahogy mondják, "szemmel", de egy ilyen rendszer hatékony lesz? Végtére is, nem minden tulajdonosa egy intelligens ház tudja:
- miért lehet közvetlenül összekötni a réz- és az alumíniumhuzalokat (az oxidfilmek különböző ellenállása által okozott elektrolízis, a drót korrodái);
- miért lehetetlen földelést létesíteni az alumíniumból (ilyen földelés a galván áramlás hatására gyorsan felhasználhatatlan lesz);
- miért tokovod kell terjedniük a dielektromos bevonat korrózióvédő és vezetőképes őrölt (hogy megvédje a vezetőt való érintkezéstől a légköri nedvesség és a maximális elektromos kölcsönhatást a talajjal).
Van egy csomó más "miért", ami befolyásolja a villámvédelmi rendszer hatékonyságát. Ezért ne kísérletezzen, mert hiba következtében tüzet vagy áramütést okozhat. Során elkövetett hibák a tervezés és telepítés villámvédelmi vezetne penetráció a villám energia-ház elektromos vezetékeket, és megsemmisíti az összes elektronikát.