Pararrayos para árboles. Formación de descargas de rayos Impacto de las corrientes de rayos

Tormenta: ¿qué es? ¿De dónde vienen los relámpagos que atraviesan todo el cielo y los truenos amenazadores? Una tormenta es un fenómeno natural. Los relámpagos, llamados relámpagos, pueden formarse dentro de las nubes (cumulonimbos) o entre las nubes. Suelen ir acompañados de truenos. Los relámpagos se asocian con fuertes lluvias, fuertes vientos y, a menudo, granizo.

Actividad

Las tormentas son una de las personas más peligrosas: las personas alcanzadas por un rayo sobreviven sólo en casos aislados.

Hay aproximadamente 1.500 tormentas eléctricas operando en el planeta al mismo tiempo. La intensidad de las descargas se estima en cien rayos por segundo.

La distribución de las tormentas en la Tierra es desigual. Por ejemplo, hay 10 veces más en los continentes que en el océano. La mayoría (78%) de las descargas de rayos se concentran en las zonas ecuatoriales y tropicales. Las tormentas eléctricas se registran con especial frecuencia en África Central. Pero las regiones polares (Antártida, Ártico) y los polos del rayo prácticamente no son visibles. La intensidad de una tormenta resulta estar relacionada con el cuerpo celeste. En latitudes medias, su pico se produce en las horas de la tarde (día), en verano. Pero el mínimo se registró antes del amanecer. Las características geográficas también son importantes. Los centros de tormentas más poderosos se encuentran en la Cordillera y el Himalaya (regiones montañosas). En Rusia también varía el número anual de “días de tormenta”. En Murmansk, por ejemplo, solo hay cuatro, en Arkhangelsk - quince, Kaliningrado - dieciocho, San Petersburgo - 16, Moscú - 24, Bryansk - 28, Voronezh - 26, Rostov - 31, Sochi - 50, Samara - 25, Kazán y Ekaterimburgo - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Chita - 27, Irkutsk y Yakutsk - 12, Blagoveshchensk - 28, Vladivostok - 13, Khabarovsk - 25, Yuzhno-Sakhalinsk - 7, Petropavlovsk- Kamchatski - 1.

Desarrollo de una tormenta

¿Como va? se forma sólo bajo ciertas condiciones. Debe haber flujos ascendentes de humedad y debe haber una estructura en la que una fracción de las partículas esté en estado helado y la otra en estado líquido. En varios casos se producirá convección que dará lugar al desarrollo de una tormenta.

Calentamiento desigual de las capas superficiales. Por ejemplo, sobre agua con una diferencia de temperatura significativa. En las grandes ciudades, la intensidad de las tormentas será ligeramente mayor que en las zonas circundantes.

Cuando el aire frío desplaza al aire caliente. La convención frontal a menudo se desarrolla simultáneamente con las nubes de cobertura y las nubes nimboestratos.

Cuando el aire se eleva en las cadenas montañosas. Incluso las elevaciones bajas pueden provocar un aumento de la formación de nubes. Esta es la convección forzada.

Cualquier nube de tormenta, independientemente de su tipo, pasa necesariamente por tres etapas: cúmulo, madurez y decadencia.

Clasificación

Durante algún tiempo, las tormentas se clasificaron únicamente en el lugar de observación. Se dividieron, por ejemplo, en ortográficos, locales y frontales. Ahora las tormentas se clasifican según sus características en función de los entornos meteorológicos en los que se desarrollan. Se forman debido a la inestabilidad atmosférica. Ésta es la principal condición para la creación de nubes de tormenta. Las características de tales flujos son muy importantes. Dependiendo de su potencia y tamaño, se forman diferentes tipos de nubes de tormenta, respectivamente. ¿Cómo se dividen?

1. Cumulonimbus unicelulares, (locales o intramasales). Tener actividad de granizo o tormentas eléctricas. Las dimensiones transversales oscilan entre 5 y 20 km, las verticales, entre 8 y 12 km. Una nube así “vive” hasta una hora. Después de una tormenta, el tiempo prácticamente no cambia.

2. Clúster de múltiples celdas. Aquí la escala es más impresionante: hasta 1000 km. Un grupo de múltiples células cubre un grupo de células de tormenta que se encuentran en diferentes etapas de formación y desarrollo y al mismo tiempo forman un todo. ¿Cómo se construyen? En el centro se encuentran las células maduras de tormenta y en el centro las células en descomposición, cuyas dimensiones transversales pueden alcanzar los 40 km. Las tormentas multicelulares en racimos producen ráfagas de viento (ráfagas, pero no fuertes), lluvia y granizo. La existencia de una célula madura está limitada a media hora, pero el grupo en sí puede "vivir" durante varias horas.

3. Líneas de turbonada. También se trata de tormentas multicelulares. También se les llama lineales. Pueden ser macizos o con huecos. Las ráfagas de viento aquí son más largas (en el borde de ataque). Al acercarse, aparece una línea de múltiples células como una pared oscura de nubes. El número de corrientes (tanto ascendentes como descendentes) aquí es bastante grande. Es por eso que un complejo de tormentas de este tipo se clasifica como multicelular, aunque la estructura de la tormenta es diferente. Una línea de turbonada puede producir aguaceros intensos y granizo de gran tamaño, pero suele estar “limitada” por fuertes corrientes descendentes. A menudo ocurre antes de un frente frío. En las fotografías, un sistema de este tipo tiene la forma de un arco curvo.

4. Tormentas supercélulas. Tormentas de este tipo son raras. Son especialmente peligrosos para la propiedad y la vida humana. La nube de este sistema es similar a la nube unicelular, ya que ambas se diferencian en una zona de corriente ascendente. Pero sus tamaños son diferentes. La nube de supercélulas es enorme: tiene un radio cercano a 50 km y una altura de hasta 15 km. Sus límites pueden estar en la estratosfera. La forma se asemeja a un yunque semicircular. La velocidad de los flujos ascendentes es mucho mayor (hasta 60 m/s). Un rasgo característico es la presencia de rotación. Esto es lo que crea fenómenos extremos y peligrosos (granizo grande (más de 5 cm), tornados destructivos). El factor principal para la formación de dicha nube son las condiciones ambientales. Estamos hablando de una convención muy fuerte con temperaturas a partir de +27 y viento de dirección variable. Estas condiciones surgen durante las cizalladuras del viento en la troposfera. La precipitación formada en las corrientes ascendentes se transfiere a la zona de corrientes descendentes, lo que garantiza una larga vida de la nube. Las precipitaciones se distribuyen de manera desigual. Las lluvias ocurren cerca de la corriente ascendente y el granizo ocurre más cerca del noreste. La cola de la tormenta puede cambiar. Entonces la zona más peligrosa estará junto a la corriente ascendente principal.

También existe el concepto de “tormenta seca”. Este fenómeno es bastante raro y característico de los monzones. Con tal tormenta no hay precipitaciones (simplemente no llega y se evapora como resultado de la exposición a altas temperaturas).

Velocidad de movimiento

Para una tormenta aislada, la velocidad es de aproximadamente 20 km/h, a veces más rápida. Si hay frentes fríos activos, las velocidades pueden alcanzar los 80 km/h. En muchas tormentas, las células viejas de la tormenta son reemplazadas por otras nuevas. Cada uno de ellos recorre una distancia relativamente corta (unos dos kilómetros), pero en total la distancia aumenta.

Mecanismo de electrificación

¿De dónde vienen los propios relámpagos? alrededor de las nubes y dentro de ellas en constante movimiento. Este proceso es bastante complicado. La forma más sencilla de imaginar el trabajo de las cargas eléctricas en nubes maduras. En ellos domina la estructura dipolo positiva. ¿Cómo se distribuye? La carga positiva se coloca en la parte superior y la carga negativa se ubica debajo, dentro de la nube. Según la hipótesis principal (esta área de la ciencia todavía puede considerarse poco explorada), las partículas más pesadas y más grandes tienen carga negativa, mientras que las pequeñas y ligeras tienen carga positiva. Los primeros caen más rápido que los segundos. Esto provoca la separación espacial de las cargas espaciales. Este mecanismo está confirmado por experimentos de laboratorio. Las partículas de granos de hielo o granizo pueden tener una fuerte transferencia de carga. La magnitud y el signo dependerán del contenido de agua de la nube, la temperatura del aire (ambiente) y la velocidad de colisión (factores principales). No se puede excluir la influencia de otros mecanismos. Las descargas se producen entre el suelo y la nube (o atmósfera neutra o ionosfera). Es en este momento cuando vemos destellos cruzando el cielo. O un rayo. Este proceso va acompañado de fuertes repiques (truenos).

Una tormenta eléctrica es un proceso complejo. Puede que sean necesarias muchas décadas, y tal vez incluso siglos, para estudiarlo.

Los árboles suelen ser el blanco de la caída de rayos, lo que a veces tiene consecuencias muy graves. Hablaremos de los peligros que supone la caída de un rayo tanto para los propios árboles como para las personas que viven cerca de ellos, así como de cómo se pueden reducir los riesgos asociados a este fenómeno.

¿Dónde cae el rayo?

En gran parte de la Tierra, las tormentas son bastante comunes. Al mismo tiempo, alrededor de mil quinientas tormentas eléctricas azotan la Tierra. Cada año, por ejemplo, en Moscú hay más de 20 días de tormentas. Pero a pesar de lo familiar de este fenómeno natural, su poder no puede dejar de sorprender. La corriente media del rayo es de unos 100.000 voltios y la corriente es de 20.000 a 50.000 amperios. La temperatura del canal de rayos alcanza los 25.000 – 30.000 °C. No es de extrañar que un rayo que caiga sobre edificios, árboles o personas y propague su carga eléctrica tenga a menudo consecuencias catastróficas.

Aunque un rayo que cae sobre un solo objeto terrestre, ya sea un edificio, un mástil o un árbol, es un evento bastante raro, su colosal poder destructivo hace de las tormentas eléctricas uno de los fenómenos naturales más peligrosos para los humanos. Así, según las estadísticas, uno de cada siete incendios en las zonas rurales se debe a la caída de un rayo; en cuanto al número de muertes registradas causadas por desastres naturales, los rayos ocupan el segundo lugar, sólo superados por las inundaciones.

La probabilidad de que un rayo dañe objetos terrestres (incluidos árboles) depende de varios factores:

• sobre la intensidad de la actividad de las tormentas en la región (relacionada con las características climáticas);
• de la altura del objeto (cuanto más alto, más probable es que caiga un rayo);
• de la resistencia eléctrica del objeto y las capas de suelo ubicadas debajo de él (cuanto menor sea la resistencia eléctrica del objeto y las capas de suelo ubicadas debajo de él, mayor será la probabilidad de que le caiga un rayo).

De lo anterior se desprende claramente por qué los árboles se convierten a menudo en el blanco de los rayos: un árbol suele ser el elemento de altura dominante del relieve; la madera viva saturada de humedad, conectada a capas profundas de suelo con baja resistencia eléctrica, a menudo representa una buena conexión a tierra. pararrayos naturales.

Actividad de tormentas en algunos asentamientos de la región de Moscú

Localidad	Duración media anual de las tormentas, horas	Densidad específica de rayos por 1 km²	Características generales de la actividad de las tormentas.
Volokolamsk	40–60	4	alto
Istra	40–60	4	alto
Nueva Jerusalén	40–60	4	alto
Pávlovski Posad	20–40	2	promedio
Moscú	20–40	2	promedio
kashira	20–40	2	promedio

¿Cuál es el peligro de que un rayo caiga sobre un árbol?

Las consecuencias de la caída de un rayo sobre un árbol suelen ser devastadoras tanto para él como para los edificios cercanos, y también suponen una amenaza importante para las personas que se encuentren cerca en ese momento. Cuando una poderosa carga eléctrica atraviesa la madera, se produce una poderosa liberación de calor y una evaporación explosiva de la humedad dentro del tronco. Esto provoca daños de diversa gravedad: desde quemaduras superficiales o grietas hasta la rotura completa del tronco o el incendio del árbol. En algunos casos, se producen daños mecánicos importantes en el interior del tronco (grietas longitudinales o roturas de la madera a lo largo de los anillos anuales), que son prácticamente invisibles durante la inspección externa, pero aumentan significativamente el riesgo de que el árbol se caiga en un futuro próximo. A menudo, se pueden producir daños graves en las raíces de un árbol, pero que no se notan tras una inspección visual.

Si los rayos no provocan la destrucción inmediata o la muerte del árbol, las lesiones extensas que recibe pueden provocar el desarrollo de enfermedades peligrosas, como pudrición y enfermedades vasculares, y la planta debilitada se convierte en presa fácil de las plagas del tallo. Esto puede hacer que el árbol se vuelva inseguro o se seque.

Los rayos que caen sobre árboles (incluidos los vivos) a menudo provocan incendios que se propagan a los edificios cercanos. A veces, una descarga lateral de un árbol se transmite a la pared de un edificio, incluso si se instala un pararrayos. Finalmente, el potencial eléctrico del árbol afectado se propaga a las capas superficiales del suelo, lo que puede provocar que llegue a un edificio, dañe los servicios públicos subterráneos o electrocute a personas o mascotas.

La caída de un rayo sobre un árbol puede causar importantes daños materiales incluso si no se produce ninguna emergencia. Después de todo, evaluar la seguridad de un árbol de este tipo, cuidarlo especialmente o incluso simplemente eliminar un árbol seco o irremediablemente enfermo puede implicar importantes costos de material.

A veces, una descarga lateral de un árbol se transmite a la pared de un edificio, incluso si se instala un pararrayos.

Asuntos reglamentarios

Por lo tanto, la protección contra rayos de árboles especialmente valiosos (que son el centro de las composiciones paisajísticas, históricas y raras) o de árboles que crecen cerca de viviendas puede estar prácticamente justificada. Sin embargo, en nuestro país no existe ningún marco normativo que prescriba o regule la protección contra rayos de los árboles. Esta situación es más probablemente una consecuencia de la inercia del marco regulatorio nacional que de una evaluación adecuada de los riesgos asociados con los daños causados ​​por rayos a los árboles en un entorno urbanizado.

La principal norma nacional actual en materia de protección contra rayos se remonta al año 1987. La actitud hacia la protección contra rayos en áreas suburbanas en este documento refleja las realidades y posiciones de esa época: el valor material de la mayoría de los edificios suburbanos era bajo y los intereses del estado se centraban en proteger la propiedad pública y no la privada. Además, los compiladores de las normas nacionales partieron del supuesto de que durante la construcción de viviendas suburbanas se observan los códigos y reglamentos de construcción, pero este no es siempre el caso. En particular, la distancia mínima desde el tronco del árbol hasta la pared del edificio debe ser de al menos 5 m En la realidad de la construcción suburbana, las casas suelen estar ubicadas cerca de los árboles. Además, los propietarios de estos árboles, por regla general, se muestran reacios a aceptar su eliminación.

En otros países existen normas para la protección contra rayos: por ejemplo, el americano - ANSI A 300 Parte 4 o británico – Estándar británico 6651 también regula la protección contra rayos de los árboles.

La distancia mínima desde el tronco del árbol hasta la pared del edificio debe ser de al menos 5 m.

¿Cuándo se necesita protección?

¿En qué casos tiene sentido pensar en la protección contra rayos de un árbol? Enumeramos los factores sobre cuya base se puede recomendar tal decisión.

El árbol crece en áreas abiertas o notablemente más alto que los árboles, edificios, estructuras y elementos de relieve vecinos.. Los rayos alcanzan con mayor frecuencia los objetos de mayor altura.

Zona con alta actividad tormentosa. Con una alta frecuencia de tormentas eléctricas, aumenta la probabilidad de daños a los árboles (así como a otros objetos). Las principales características de la actividad de las tormentas son el número medio anual de horas de tormenta, así como la densidad específica media de rayos en el suelo (número medio anual de rayos por 1 km²) de la superficie terrestre. Este último indicador se utiliza para calcular el número esperado de daños por rayos a un objeto (incluido un árbol) por año. Por ejemplo, en el caso de una zona con una duración media de tormentas de 40 a 60 horas al año (en particular, algunas zonas de la región de Moscú), se puede esperar que un árbol de 25 m de altura sufra daños una vez cada 20 años.

Ubicación del sitio cerca de embalses, manantiales subterráneos, alta humedad del suelo en el sitio . Esta disposición aumenta aún más el riesgo de que un rayo caiga sobre el árbol.

El árbol alto crece a tres metros o menos del edificio. Esta disposición del árbol no afecta la probabilidad de que le caiga un rayo. Sin embargo, los daños a los árboles situados cerca de los edificios plantean amenazas importantes tanto para los propios edificios como para las personas que los habitan. Al mismo tiempo, aumenta el riesgo de daños al edificio por una descarga lateral; el riesgo de daños al tejado cuando cae un árbol es muy alto; si se enciende, el fuego puede extenderse al edificio.

Las ramas de los árboles cuelgan sobre el techo del edificio, tocan sus paredes, marquesinas, canalones o elementos decorativos de la fachada.. En este caso, también aumenta el riesgo de daños al edificio, incendios y transferencia de vertidos a la casa.

El árbol es una especie que sufre frecuente o regularmente el impacto de rayos. . Algunas especies de árboles tienen más probabilidades que otras de ser alcanzadas por un rayo. Los rayos alcanzan con mayor frecuencia a los robles.

Las raíces de un árbol que crece junto a un edificio pueden entrar en contacto con los cimientos subterráneos o los servicios públicos que conducen a la casa.. En este caso, cuando un rayo cae sobre un árbol, aumenta la probabilidad de que una descarga "llegue" al local o dañe las comunicaciones (por ejemplo, sensores del sistema de riego y redes eléctricas).

Los expertos en protección contra rayos de edificios recomiendan instalar un pararrayos separado, mientras que a una distancia de 3 a 10 m hay árboles adecuados en altura y otros parámetros para instalar un pararrayos y un conductor de bajada.. Instalar un mástil independiente puede resultar bastante caro. Para muchos propietarios de casas de campo, estos mástiles tampoco son estéticamente aceptables. Y, por último, colocar un mástil en una zona forestal de tal manera que las raíces de los árboles no se dañen durante su construcción o que los vientos no interfieran con el movimiento de las personas puede resultar muy difícil.

Susceptibilidad al daño de árboles desprotegidos de determinadas especies.
(de estándar ANSI A 300, Parte 4)

Principio de operación

El principio de funcionamiento del sistema de protección contra rayos es que la descarga del rayo es "interceptada" por el pararrayos, transportada de forma segura por el conductor de bajada y transmitida a las capas profundas del suelo mediante conexión a tierra.

Los componentes de un sistema de protección contra rayos de árboles son: un terminal aéreo (uno o más), un conductor de bajada aéreo, un conductor de bajada subterráneo y un sistema de puesta a tierra que consta de varias picas o placas de puesta a tierra.

Al desarrollar nuestros propios esquemas de protección contra rayos, nos enfrentamos a la necesidad de combinar las normas nacionales para la protección contra rayos de edificios y estructuras con las normas occidentales que rigen la protección contra rayos de árboles. La necesidad de tal combinación se debe al hecho de que las normas nacionales actuales no contienen recomendaciones para instalar sistemas de protección contra rayos en árboles, y las regulaciones más antiguas incluyen instrucciones que representan una amenaza para la salud del árbol. Al mismo tiempo, la norma estadounidense ANSI A 300, que contiene información detallada sobre el montaje del sistema en madera y los principios de su instalación y mantenimiento, tiene requisitos más bajos para la seguridad eléctrica del sistema en comparación con los estándares nacionales.

Los componentes de protección contra rayos están hechos de cobre o acero inoxidable. En este caso, para evitar la corrosión, en todas las conexiones y contactos entre elementos conductores se utiliza solo uno de los materiales seleccionados. Sin embargo, cuando se utiliza cobre, se permite el uso de elementos de fijación de bronce. Los componentes de cobre son más caros, pero tienen mayor conductividad, lo que permite que los componentes sean más pequeños, menos visibles y reduzcan los costos de instalación del sistema.

Según las estadísticas, uno de cada siete incendios en las zonas rurales comienza debido a la caída de un rayo; en términos de número de muertes registradas causadas por desastres naturales, los rayos ocupan el segundo lugar, después de las inundaciones.

Componentes del sistema

El pararrayos es un tubo metálico cerrado en su extremo. El conductor de bajada va dentro del pararrayos y se fija con pernos.

En árboles con copa extendida, pueden ser necesarios colectores de corriente adicionales, ya que en este caso la descarga de un rayo puede golpear ramas o copas alejadas del pararrayos. Si un árbol tiene un sistema mecánico de soporte de ramas basado en cables metálicos, al realizar protección contra rayos también se debe conectar a tierra. Para ello, se le conecta un conductor de corriente adicional mediante un contacto de perno. Hay que tener en cuenta que el contacto directo del cobre con el cable galvanizado es inaceptable, ya que provoca corrosión.

Los conductores de bajada de pararrayos y contactos adicionales se conectan mediante contactos de sujeción especiales o conexiones atornilladas. Según la norma ANSI A 300, para la protección contra rayos de los árboles se utilizan conductores de bajada en forma de cables macizos de acero de distintos tejidos. De acuerdo con las normas nacionales, la sección transversal mínima efectiva de una bajante de cobre es de 16 mm², la sección transversal mínima efectiva de una bajante de acero es de 50 mm. Al colocar conductores a través de madera, es necesario evitar curvaturas pronunciadas. Las curvaturas del conductor de bajada en un ángulo inferior a 90° son inaceptables; el radio de curvatura de la curvatura no debe ser inferior a 20 cm.

Los conductores de bajada se fijan al tronco mediante abrazaderas metálicas, enterradas varios centímetros en la madera del tronco. El material de las abrazaderas no debe provocar corrosión por contacto cuando se conectan al conductor de bajada. Es imposible fijar los conductores de bajada atándolos a un árbol con alambre, ya que el crecimiento radial del tronco provocará lesiones en los anillos y sequedad del árbol. La fijación rígida de los conductores de bajada en la superficie del tronco (con grapas) provocará su crecimiento hacia el interior del tronco, lo que reducirá la durabilidad y seguridad del sistema y el desarrollo de una podredumbre extensa del tallo. La opción óptima para sujetar el sistema es instalar abrazaderas dinámicas. En este caso, a medida que aumenta el diámetro del tronco, los soportes con cables se presionan automáticamente hasta el extremo de la varilla mediante la presión de la tela de madera. Tenga en cuenta que profundizar los pasadores de las abrazaderas unos centímetros en la madera y su posterior encapsulación parcial con madera prácticamente no le causa ningún daño.

Los bajantes descienden por el tronco hasta su base y quedan enterrados en la zanja.

La profundidad mínima de la zanja para la parte subterránea del bajante, prescrita por la norma ANSI A 300, es de 20 cm, la zanja se excava manualmente manteniendo el máximo número de raíces. En los casos en que el daño a las raíces sea particularmente indeseable, se debe utilizar equipo especial para construir la zanja. Por ejemplo, una cuchilla de aire es una herramienta compresora diseñada para realizar trabajos de excavación en la zona del tronco de los árboles. Utilizando una corriente de aire fuerte y enfocada, este dispositivo es capaz de eliminar partículas del suelo sin dañar ni siquiera las raíces más finas de los árboles.

El tipo y los parámetros del dispositivo de puesta a tierra y la distancia a la que debe extenderse el conductor de bajada están determinados por las propiedades del suelo. Esto se debe a la necesidad de reducir la resistencia del pulso a tierra al nivel requerido: la resistencia eléctrica a la propagación de un pulso de corriente eléctrica desde el electrodo de tierra. Según los estándares nacionales, en lugares visitados regularmente por personas, dicha resistencia no debe exceder los 10 ohmios. Este valor de resistencia de conexión a tierra debe excluir las chispas de la corriente desde el conductor de bajada subterráneo y el electrodo de tierra a la superficie del suelo y, por lo tanto, evitar daños a personas, edificios y comunicaciones por la corriente eléctrica. El principal indicador del suelo que determina la elección del esquema de puesta a tierra es la resistividad del suelo: la resistencia entre dos caras de 1 m³ de tierra cuando la corriente pasa a través de ella.

Cuanto mayor sea la resistividad del suelo, más extenso debe ser el sistema de puesta a tierra para garantizar el flujo seguro de carga eléctrica. En suelos con baja resistividad (hasta 300 ohmios (margas, arcillas, humedales)), por regla general, se utiliza un sistema de puesta a tierra de dos varillas de puesta a tierra verticales conectadas por un conductor de bajada. Entre las varillas se mantiene una distancia de al menos 5 m, la longitud de las varillas es de 2,5 a 3 m y el extremo superior de la varilla está hundido 0,5 m.

En suelos con altos valores de resistividad (franco arenoso, arena, grava) se utilizan sistemas de puesta a tierra multihaz. Para limitar la posible profundidad de puesta a tierra, se utilizan placas de puesta a tierra. Para facilitar la inspección y prueba de la confiabilidad de la conexión a tierra, se instalan pequeños pozos sobre los elementos de conexión a tierra.

La resistividad del suelo no es un valor constante; su valor depende en gran medida de la humedad del suelo. Por lo tanto, durante la estación seca, la confiabilidad de la conexión a tierra puede disminuir. Se utilizan varias técnicas para prevenir esto. En primer lugar, siempre que sea posible, se colocan varillas de tierra en el área de riego. En segundo lugar, la parte superior de la varilla se entierra a 0,5 m por debajo de la superficie del suelo (los 0,5 m superiores del suelo son los más propensos a secarse). En tercer lugar, si es necesario, se agrega bentonita al suelo, un componente natural que retiene la humedad. La bentonita son pequeñas partículas coloidales de arcilla mineral, cuyo espacio poroso retiene bien la humedad y estabiliza la humedad del suelo.

La madera viva saturada de humedad, unida a capas profundas de suelo con baja resistencia eléctrica, a menudo representa un pararrayos natural bien conectado a tierra.

Errores comunes

En la práctica doméstica, la protección contra rayos de los árboles rara vez se utiliza y, en los casos en que, no obstante, se lleva a cabo, se cometen una serie de errores graves durante su diseño. Así, como pararrayos, por regla general, se utilizan varillas de metal, fijadas a un árbol mediante alambre o aros de metal. Esta opción de fijación provoca graves lesiones anulares en el tronco, que con el tiempo provocan el secado completo del árbol. Un cierto peligro también lo representa la penetración de un conductor de bajada en el tronco de un árbol, lo que provoca la aparición de extensas heridas longitudinales abiertas en el tronco.

Dado que la instalación de protección contra rayos en los árboles la realizan electricistas, para trepar a un árbol suelen utilizar garfios (crampones), botas con púas de metal que causan lesiones graves al árbol.

Desafortunadamente, también se ignoran las características de la copa del árbol: por regla general, no se tiene en cuenta la necesidad de instalar varios pararrayos en árboles de copas múltiples con copas anchas; tampoco se tienen en cuenta los defectos estructurales en la ramificación del árbol. cuenta, lo que a menudo provoca la rotura y caída de la parte superior con el pararrayos instalado.

La protección contra rayos de los árboles no puede considerarse una práctica común. Las indicaciones para su implementación son bastante raras en áreas con actividad tormentosa moderada. Sin embargo, en los casos en que sea necesaria la protección de los árboles contra rayos, su correcta implementación es de suma importancia. Al diseñar e instalar dichos sistemas, es importante tener en cuenta no solo la confiabilidad del pararrayos en sí, sino también la seguridad del sistema para el árbol protegido.

La fiabilidad final de la protección contra el rayo dependerá tanto de la correcta elección de sus materiales, contactos y puesta a tierra, como de la estabilidad del propio árbol. Solo teniendo en cuenta las peculiaridades de la estructura de la copa, el crecimiento radial y la ubicación del sistema de raíces del árbol, es posible crear un sistema de protección contra rayos que sea confiable y no cause lesiones peligrosas al árbol y, por lo tanto, no cree riesgos innecesarios para las personas que viven cerca.

Ministerio de Educación de la Federación de Rusia
Universidad Estatal de Kazán
Facultad de Geografía y Ecología
Departamento de Meteorología, Climatología y Ecología Atmosférica
Actividad de tormentas en Predkamye
Trabajo del curso
Estudiante de 3er año, gr. 259 Khimchenko D.V.

Supervisor científico Profesor asociado Tudriy V.D. ________
Kazán 2007
Contenido

Introducción
1. Actividad de tormentas
1.1. Características de las tormentas
1.2. Tormenta, su influencia en los seres humanos y la economía nacional.
1.3. Tormentas eléctricas y actividad solar.
2. Métodos para obtener y procesar datos fuente.
2.1. Obtención de material de partida
2.2. Características estadísticas básicas
2.3. Características estadísticas de los índices de actividad de tormentas.
2.4. Distribución de características estadísticas básicas.
2.5. Análisis de tendencia
2.6. Dependencia de la regresión del número de días con tormentas eléctricas de los números de Wolf
Conclusión
Literatura
Aplicaciones
Introducción

El desarrollo típico de las nubes cumulonimbus y sus precipitaciones está asociado con poderosas manifestaciones de electricidad atmosférica, es decir, con múltiples descargas eléctricas en las nubes o entre las nubes y la Tierra. Estas descargas de chispas se denominan relámpagos y los sonidos que las acompañan se denominan truenos. Todo el proceso, a menudo acompañado de aumentos breves del viento (ráfagas), se denomina tormenta.
Las tormentas causan grandes daños a la economía nacional. Se presta mucha atención a su investigación. Por ejemplo, en las principales direcciones del desarrollo económico y social de la URSS en el período 1986-1990. y se previeron acontecimientos importantes para el período hasta el año 2000. Entre ellos, ha adquirido especial importancia la investigación de los fenómenos meteorológicos peligrosos para la economía nacional y el perfeccionamiento de los métodos para pronosticarlos, incluidas las tormentas y los aguaceros asociados, el granizo y las borrascas. Hoy en día también se presta mucha atención a los problemas asociados con la actividad de las tormentas y la protección contra rayos.
Muchos científicos nacionales y extranjeros estuvieron involucrados en la actividad de las tormentas. Hace más de 200 años, B. Franklin estableció la naturaleza eléctrica de las tormentas, hace más de 200 años, M.V. Lomonosov introdujo la primera teoría de los procesos eléctricos en las tormentas. A pesar de esto, todavía no existe una teoría general satisfactoria sobre las tormentas.
La elección recayó en este tema no por casualidad. Recientemente, el interés por la actividad de las tormentas ha aumentado, debido a muchos factores. Entre ellos: un estudio más profundo de la física de las tormentas, la mejora de las predicciones de tormentas y los métodos de protección contra rayos, etc.
El objetivo de este trabajo de curso es estudiar las características temporales de la distribución y la dependencia de la regresión de la actividad de las tormentas con los números de Wolf en diferentes períodos y en diferentes regiones de la región de Predkamye.
Objetivos del curso
1. Crear un banco de datos en medios técnicos del número de días de tormenta con discretización de diez días, como principal característica de la actividad tormentosa, y números de Wolf, como principal característica de la actividad solar.
2. Calcular las principales características estadísticas del régimen de tormentas.
3. Encuentre la ecuación para la tendencia en el número de días con tormentas eléctricas.
4. Encuentre la ecuación de regresión para el número de días con tormentas eléctricas en los números de Predkamye y Wolf.
Capítulo 1. Actividad de tormentas
1.1 Características de las tormentas

Las principales características de sus tormentas son: el número de días con tormentas y la frecuencia de las tormentas.
Las tormentas eléctricas son especialmente comunes en tierra firme en latitudes tropicales. Hay zonas donde hay entre 100 y 150 días o más al año con tormentas eléctricas. En los océanos tropicales hay muchas menos tormentas, aproximadamente entre 10 y 30 días al año. Los ciclones tropicales siempre van acompañados de tormentas fuertes, pero las perturbaciones en sí rara vez se observan.
En latitudes subtropicales, donde prevalece la alta presión, hay muchas menos tormentas: sobre la tierra hay de 20 a 50 días con tormentas al año, sobre el mar, de 5 a 20 días. En latitudes templadas hay de 10 a 30 días con tormentas eléctricas sobre tierra y de 5 a 10 días sobre el mar. En latitudes polares, las tormentas son un fenómeno aislado.
La disminución en el número de tormentas eléctricas de latitudes bajas a altas está asociada con una disminución en el contenido de agua de las nubes con la latitud debido a una disminución de la temperatura.
En los trópicos y subtrópicos, las tormentas eléctricas se observan con mayor frecuencia durante la temporada de lluvias. En latitudes templadas sobre tierra, la mayor frecuencia de tormentas eléctricas se produce en verano, cuando se desarrolla fuertemente la convección en las masas de aire locales. En invierno, las tormentas eléctricas en latitudes templadas son muy raras. Pero sobre el océano, las tormentas que surgen en masas de aire frío calentadas desde abajo por agua tibia tienen una frecuencia máxima de ocurrencia en invierno. En el extremo occidental de Europa (islas británicas, costa de Noruega) también son habituales las tormentas invernales.
Se estima que en el planeta se producen 1.800 tormentas simultáneamente y aproximadamente 100 rayos por segundo. Las tormentas se observan con más frecuencia en las montañas que en las llanuras.
1.2 Tormenta, su impacto en las personas y la economía nacional

Una tormenta es uno de esos fenómenos naturales que la persona menos observadora nota. Sus peligrosos efectos son ampliamente conocidos. Se sabe menos sobre sus efectos beneficiosos, aunque desempeñan un papel importante. Actualmente, el problema de la predicción de tormentas eléctricas y los peligrosos fenómenos convectivos asociados parece ser el más acuciante y uno de los más difíciles en meteorología. Las principales dificultades para resolverlo residen en la discreción de la distribución de las tormentas y en la complejidad de la relación entre las tormentas y los numerosos factores que influyen en su formación. El desarrollo de tormentas está asociado con el desarrollo de la convección, que es muy variable en el tiempo y el espacio. La predicción de tormentas también es complicada porque, además de predecir la situación sinóptica, es necesario predecir la estratificación y la humedad del aire en las altitudes, el espesor de la capa de nubes y la velocidad máxima de la corriente ascendente. Es necesario saber cómo cambia la actividad de las tormentas como resultado de la actividad humana. La influencia de una tormenta eléctrica en humanos, animales, diversas actividades; Las cuestiones relacionadas con la protección contra rayos también son relevantes en meteorología.
Comprender la naturaleza de las tormentas es importante no sólo para los meteorólogos. El estudio de los procesos eléctricos en volúmenes tan gigantescos en comparación con la escala de los laboratorios permite establecer leyes físicas más generales sobre la naturaleza de las descargas de alto voltaje y las descargas en las nubes de aerosoles. El misterio de las centellas sólo puede revelarse mediante la comprensión de los procesos que ocurren en las tormentas.
Según su origen, las tormentas eléctricas se dividen en intramasas y frontales.
Las tormentas intramasas se observan en dos tipos: en masas de aire frío que se mueven hacia la superficie cálida de la Tierra y sobre tierras calentadas en verano (tormentas locales o térmicas). En ambos casos, la aparición de una tormenta está asociada al poderoso desarrollo de nubes de convección y, en consecuencia, a una fuerte inestabilidad de la estratificación atmosférica y a fuertes movimientos verticales del aire.
Las tormentas frontales se asocian principalmente con frentes fríos, donde el aire cálido es empujado hacia arriba por el avance del aire frío. En verano, sobre tierra, suelen estar asociados con frentes cálidos. El aire cálido continental que se eleva sobre la superficie de un frente cálido en verano puede estar estratificado de manera muy inestable, por lo que puede producirse una fuerte convección sobre la superficie del frente.
Se conocen las siguientes acciones del rayo: térmica, mecánica, química y eléctrica.
La temperatura del rayo alcanza entre 8.000 y 33.000 grados centígrados, por lo que tiene un gran efecto térmico sobre el medio ambiente. Sólo en EE.UU., por ejemplo, los rayos provocan cada año unos 10.000 incendios forestales. Sin embargo, en algunos casos estos incendios son beneficiosos. Por ejemplo, en California, los incendios frecuentes han eliminado durante mucho tiempo los bosques: eran insignificantes y no dañinos para los árboles.
El motivo de la aparición de fuerzas mecánicas durante la caída de un rayo es un fuerte aumento de temperatura, presión de gases y vapores que surgen en el punto por donde pasa la corriente del rayo. Entonces, por ejemplo, cuando un rayo cae sobre un árbol, la savia del árbol, después de que la corriente lo atraviesa, se convierte en un estado gaseoso. Además, esta transición es de naturaleza explosiva, por lo que el tronco del árbol se parte.
El efecto químico del rayo es pequeño y se debe a la electrólisis de elementos químicos.
La acción más peligrosa para los seres vivos es la acción eléctrica, ya que como consecuencia de esta acción la caída de un rayo puede provocar la muerte de un ser vivo. Cuando un rayo cae sobre edificios o equipos desprotegidos o mal protegidos, provoca la muerte de personas o animales como resultado de la creación de alto voltaje en objetos individuales, para esto una persona o animal solo necesita tocarlos o estar cerca de ellos. Los rayos caen sobre una persona incluso durante pequeñas tormentas, y cada impacto directo suele ser fatal para ella. Después de la caída indirecta de un rayo, una persona generalmente no muere, pero incluso en este caso, es necesaria asistencia oportuna para salvar su vida.
Incendios forestales, daños en líneas eléctricas y de comunicación, daños en aviones y naves espaciales, incendios de instalaciones de almacenamiento de petróleo, cultivos agrícolas destruidos por granizo, tejados arrancados por vientos tormentosos, personas y animales muertos por rayos: esta no es una lista completa de las consecuencias asociadas con situación de tormenta.
Los daños causados ​​por los rayos en tan sólo un año en todo el mundo se estiman en millones de dólares. En este sentido, se están desarrollando métodos nuevos y más avanzados de protección contra rayos y pronósticos de tormentas más precisos, lo que, a su vez, conduce a un estudio más profundo de los procesos de tormentas.
1.3 Tormentas y actividad solar

Los científicos llevan mucho tiempo estudiando las conexiones entre el Sol y la Tierra. Lógicamente llegaron a la conclusión de que no basta con considerar al Sol únicamente como una fuente de energía radiante. La energía solar es la principal fuente de la mayoría de los fenómenos fisicoquímicos en la atmósfera, la hidrosfera y la capa superficial de la litosfera. Naturalmente, estos fenómenos se ven afectados por fuertes fluctuaciones en la cantidad de esta energía.
El astrónomo de Zurich R. Wolf (R. Wolf, 1816-1893) participó en la sistematización de datos sobre la actividad solar. Determinó que, en promedio aritmético, el período del número máximo y mínimo de manchas solares (los máximos y mínimos de la actividad solar) es igual a once años.
El crecimiento del proceso de formación de manchas desde el punto de mínimo al máximo se produce en saltos con fuertes subidas y bajadas, cambios e interrupciones. Los saltos crecen constantemente y en el momento de máximo alcanzan sus valores más altos. Estos saltos en la aparición y desaparición de manchas son aparentemente responsables de muchos de los efectos que se desarrollan en la Tierra.
La característica más indicativa de la intensidad de la actividad solar, propuesta por Rudolf Wolf en 1849, es el número de Wolf o el llamado número de manchas solares de Zurich. Se calcula mediante la fórmula W=k*(f+10g), donde f es el número de manchas observadas en el disco solar, g es el número de grupos formados por ellas, k es el coeficiente de normalización derivado para cada observador y telescopio. para poder compartir los valores relativos encontrados por los números de Wolf. Al calcular f, cada núcleo ("sombra") separado de un núcleo adyacente por una penumbra, así como cada poro (un pequeño punto sin penumbra) se consideran manchas. Al calcular g, una mancha individual e incluso un poro individual se consideran un grupo.
De esta fórmula queda claro que el índice de Wolf es un índice resumido que proporciona una característica general de la actividad de las manchas solares. No tiene en cuenta directamente el aspecto cualitativo de la actividad solar, es decir, poder de las manchas y su estabilidad en el tiempo.
El número de Wolf absoluto, es decir contado por un observador particular está determinado por la suma del producto del número diez por el número total de grupos de manchas solares, con cada mancha solar individual contada como un grupo, y el número total de grupos de manchas solares individuales y. El número de Wolf relativo se determina multiplicando el número de Wolf absoluto por un factor de normalización, que se determina para cada observador y su telescopio.
Restaurada a partir de fuentes históricas, a partir de mediados del siglo XVI, cuando comenzaron los cálculos del número de manchas solares, la información permitió obtener el número de Wolf promediado para cada mes pasado. Esto permitió determinar las características de los ciclos de actividad solar desde esa época hasta la actualidad.
La actividad periódica del Sol tiene un efecto muy notable en el número y, aparentemente, en la intensidad de las tormentas. Estas últimas son descargas eléctricas visibles en la atmósfera, normalmente acompañadas de truenos. Los rayos corresponden a la descarga de chispas de una máquina electrostática. La formación de una tormenta está asociada a la condensación de agua. vapores en la atmósfera. Las masas de aire ascendentes se enfrían adiabáticamente y este enfriamiento se produce a menudo hasta una temperatura por debajo del punto de saturación. Por lo tanto, la condensación de vapor puede ocurrir repentinamente, se forman gotas que crean una nube. Por otro lado, para que se produzca la condensación de vapor es necesaria la presencia de núcleos o centros de condensación en la atmósfera que, en primer lugar, pueden ser partículas de polvo.
Vimos anteriormente que la cantidad de polvo en las capas superiores del aire puede estar determinada en parte por el grado de intensidad del proceso de formación de manchas solares en el Sol. Además, durante los períodos de paso de las manchas solares a través del disco solar, también aumenta la cantidad de radiación ultravioleta del Sol. Esta radiación ioniza el aire y los iones también se convierten en núcleos de condensación.
A esto le siguen procesos eléctricos en las gotas de agua, que adquieren una carga eléctrica. Una de las razones que provocan estas cargas es la adsorción de iones ligeros del aire por las gotas de agua. Sin embargo, la importancia de esta adsorción es secundaria y muy insignificante. También se observó que las gotas individuales se fusionan formando un chorro bajo la influencia de un fuerte campo eléctrico. Por lo tanto, las fluctuaciones en la intensidad del campo y un cambio en su signo pueden tener un cierto efecto sobre las gotas. Probablemente así es como se forman las gotas altamente cargadas durante una tormenta. Un campo eléctrico intenso hace que las gotas también se carguen de electricidad.
La cuestión de la periodicidad de las tormentas se planteó en la literatura occidental allá por los años 80 del siglo pasado. Muchos investigadores dedicaron sus trabajos a aclarar esta cuestión, como Zenger, Krassner, Bezold, Ridder, etc. Así, Bezold señaló la periodicidad de las tormentas eléctricas de 11 días y luego el procesamiento de los fenómenos tormentosos para el sur de Alemania en el período 1800-1887. . Recibí un plazo de 25,84 días. En 1900 Ridder encontró dos períodos para la frecuencia de las tormentas en Ledeberg entre 1891 y 1894, a saber: 27,5 y 33 días. El primero de estos períodos se acerca al período de rotación del Sol alrededor de su eje y casi coincide con el período tropical lunar (27,3). Al mismo tiempo, se intentó comparar la periodicidad de las tormentas con el proceso de formación de las manchas solares. Hess descubrió en Suiza un período de once años en el número de tormentas.
En Rusia, D. O. Svyatsky, basándose en sus estudios sobre la periodicidad de las tormentas, obtuvo tablas y gráficos, de los cuales son claramente visibles los períodos de recurrencia de las llamadas ondas de tormenta para la vasta Rusia europea, el primero, en 24 - 26, el en segundo lugar, en 26 a 28 días, también la conexión entre los fenómenos de tormentas y la actividad de las manchas solares. Los períodos resultantes resultaron ser tan realistas que fue posible programar el paso de tales "olas tormentosas" con varios meses de anticipación. El error no llega a más de 1 - 2 días, en la mayoría de los casos se obtiene una coincidencia completa.
El procesamiento de las observaciones de la actividad de las tormentas realizadas en los últimos años por Faas muestra que para todo el territorio de la parte europea de la URSS, los períodos de 26 y 13 (medio período) días ocurren con mayor frecuencia y anualmente. El primero es nuevamente un valor muy cercano a la revolución del Sol alrededor de su eje. En los últimos años, A.P. Moiseev ha llevado a cabo una investigación sobre la dependencia de los fenómenos de tormentas en Moscú de la actividad solar, quien, después de observar cuidadosamente la formación de manchas solares y tormentas eléctricas entre 1915 y 1926, llegó a la conclusión de que el número y la intensidad de las tormentas en promedio está en directa concordancia con el área de las manchas solares que pasan por el meridiano central del Sol. Las tormentas se hicieron más frecuentes y se intensificaron con el aumento del número de manchas solares y alcanzaron su mayor intensidad tras el paso de grandes grupos de manchas solares por el centro del disco solar. Por tanto, el curso a largo plazo de la curva de frecuencia de las tormentas y el curso de la curva del número de manchas solares coinciden bastante bien. Moiseev luego investigó otro hecho interesante: la distribución diaria de las tormentas por horas. El primer máximo diario se produce entre las 12 y las 13 horas, hora local. Luego, a partir de las 14-15 horas hay una ligera disminución, a las 15-16 horas se produce el máximo principal y luego la curva disminuye. Con toda probabilidad, estos fenómenos están relacionados tanto con la radiación directa del Sol y la ionización del aire, como con las variaciones de temperatura. De la investigación de Moiseev se desprende claramente que en los momentos de máxima actividad solar, así como cerca del momento de mínima, la actividad de las tormentas es más intensa, y en los momentos de máxima es mucho más pronunciada. Esto contradice en cierto modo la posición apoyada por Betzold y Hess de que los mínimos de frecuencia de las tormentas coinciden con los máximos de la actividad solar; Faas, en su tratamiento de las tormentas de 1996, indica que prestó especial atención a si la actividad de las tormentas aumenta con el paso de grandes tormentas. manchas solares a través del meridiano central del Sol. En 1926 no se obtuvieron resultados positivos, pero en 1923 se observó una conexión muy estrecha entre los fenómenos. Esto puede explicarse por el hecho de que durante el máximo de años, las manchas solares se agrupan más cerca del ecuador y pasan cerca del centro aparente del disco solar. En esta situación, su influencia perturbadora sobre la Tierra debería considerarse mayor. Muchos investigadores han intentado encontrar otros períodos de tormentas, pero las fluctuaciones en la actividad de las tormentas a partir de los materiales de que disponemos siguen siendo demasiado difíciles de discernir y no permiten establecer ningún patrón general. En cualquier caso, esta cuestión ha atraído la atención de un número cada vez mayor de investigadores a lo largo del tiempo.
El número de tormentas y su intensidad se reflejan de cierta manera en una persona y su propiedad. Así, de los datos estadísticos citados por Budin se desprende claramente que los máximos de muertes por rayos caen en los años de máxima tensión en la actividad del Sol, y sus mínimos, en los años de mínimas manchas solares. Al mismo tiempo, el forestal ruso Tyurin señala que, según sus investigaciones sobre material masivo, los incendios en la zona forestal de Bryansk adquirieron un carácter espontáneo en 1872, 1860, 1852, 183b, 1810, 1797, 1776 y 1753. En los bosques del norte también se puede observar una periodicidad promedio de 20 años, y las fechas de los incendios forestales en el norte coinciden en muchos casos con las fechas indicadas, lo que demuestra la influencia de la misma causa - épocas secas, algunas de caen en los años de máxima actividad solar. Se puede observar que también se observa una buena relación en la evolución diaria de la actividad tormentosa y en la evolución diaria del número de incendios provocados por rayos.
Capítulo 2. Métodos de obtención y procesamiento de datos iniciales.
2.1 Obtención de material de partida

En este trabajo se utilizaron datos meteorológicos sobre la actividad de las tormentas en siete estaciones de la República de Tartaristán: Tetyushi (1940-1980), Laishevo (1950-1980), Kazán-Opornaya (1940-1967), Kaybitsy (1940-1967), Arsk (1940 -1980), Agriz (1955-1967) y la estación meteorológica de la Universidad Estatal de Kazán (1940-1980). Los datos se proporcionan con un muestreo de diez días. Como índice de actividad tormentosa se tomó el número de días con tormentas por década. Además de datos mensuales sobre la actividad solar: cifras de Wolf para 1940-1980.
A partir de los datos de los años indicados se calcularon las principales características estadísticas de los índices de actividad de las tormentas.
2.2 Características estadísticas básicas

La meteorología se ocupa de enormes cantidades de observaciones que deben analizarse para aclarar los patrones que existen en los procesos atmosféricos. Por lo tanto, los métodos estadísticos para analizar una gran variedad de observaciones se utilizan ampliamente en meteorología. El uso de potentes métodos estadísticos modernos ayuda a presentar los hechos con mayor claridad y a descubrir mejor las relaciones entre ellos.
El valor medio de la serie temporal se calcula mediante la fórmula
? = ?Gi/N
donde 1< i La varianza muestra la dispersión de los datos en relación con el valor promedio y se encuentra mediante la fórmula
?І = ?(Gi - ?)2 / N, donde 1< i Una cantidad llamada desviación estándar es la raíz cuadrada de la varianza.
? = ?(Gi - ?)2 / N, donde 1< i El valor más probable de una variable aleatoria, la moda, se utiliza cada vez más en meteorología.
Además, la asimetría y la curtosis se utilizan para caracterizar cantidades meteorológicas.
Si el valor promedio es mayor que la moda, entonces se dice que la distribución de frecuencia está sesgada positivamente. Si la media es menor que la moda, entonces es negativamente asimétrica. El coeficiente de asimetría se calcula mediante la fórmula.
A = ?(Gi - ?)3 / N?3, donde 1< i La asimetría se considera pequeña si el coeficiente de asimetría |A|?0,25. La asimetría es moderada si es 0,25.<|А|>0,5. La asimetría es grande si es 0,5.<|А|>1.5. Asimetría excepcionalmente grande si |A|>1.5. Si |A|>0, entonces la distribución tiene asimetría por el lado derecho, si |A|<0, то левостороннюю асиметрию.
Para distribuciones de frecuencia que tienen los mismos valores medios, las asimetrías pueden diferir en el valor de curtosis.
E = ?(Gi - ?)? /¿¿NORTE?? , donde 1< i La curtosis se considera pequeña si |E|?0,5; moderado si 1?|E|?3 y grande si |E|>3. Si -0,5?E?3, entonces la curtosis se aproxima a lo normal.
El coeficiente de correlación es un valor que muestra la relación entre dos series correlacionadas.
La fórmula del coeficiente de correlación es la siguiente:
R = ?((Xi-X)*(Yi-Y))/ ?x?y
donde X e Y son valores promedio, ?x y ?y son desviaciones estándar.
Propiedades del coeficiente de correlación:
1. El coeficiente de correlación de las variables independientes es cero.
2. El coeficiente de correlación no cambia al sumar términos constantes (no aleatorios) a xey, y tampoco cambia al multiplicar los valores de xey por números positivos (constantes).
3. El coeficiente de correlación no cambia al pasar de xey a valores normalizados.
4. Rango de cambio de -1 a 1.
Es necesario verificar la confiabilidad de la conexión, es necesario evaluar la importancia de la diferencia entre el coeficiente de correlación y cero.
Si para R empírico el producto ¦R¦vN-1 resulta ser mayor que un cierto valor crítico, entonces con confiabilidad S podemos afirmar que el coeficiente de correlación será confiable (confiablemente diferente de cero).
El análisis de correlación permite establecer la importancia (no aleatoriedad) de los cambios en una variable aleatoria medida y observada durante la prueba y nos permite determinar la forma y dirección de las conexiones existentes entre las características. Pero ni el coeficiente de correlación ni el índice de correlación proporcionan información sobre cuánto puede cambiar una característica efectiva variable cuando cambia la característica factorial asociada con ella.
Una función que permite encontrar los valores esperados de otra característica basándose en el valor de una característica en presencia de una correlación se llama regresión. El análisis estadístico de regresión se llama análisis de regresión. Este es un nivel superior de análisis estadístico de fenómenos de masas. El análisis de regresión le permite predecir Y basándose en X:
Yx-Y=(Rxy* ?y*(X-X))/?x (2.1)
Xy-X=(Rxy* ?x*(Y-Y))/ ?y (2.2)
donde X e Y corresponden al promedio, Xy e Yx son promedios parciales, Rxy es el coeficiente de correlación.
Las ecuaciones (2.1) y (2.2) se pueden escribir como:
Yx=a+por*X (2.3)
Xy=a+bx*Y (2.4)
Una característica importante de las ecuaciones de regresión lineal es el error cuadrático medio. Se parece a esto:
para la ecuación (2.3) Sy= ?y*v1-RIxy (2.5)
para la ecuación (2.4) Sx= ?x*v1-RIxy (2.6)
Los errores de regresión Sx y Sy permiten determinar la zona probable (de confianza) de regresión lineal, dentro de la cual se encuentra la verdadera línea de regresión Yx (o Xy), es decir recta de regresión poblacional.
Capítulo 3. Análisis de cálculos.
3.1 Distribución de las principales características estadísticas

Consideremos algunas características estadísticas del número de días con tormentas eléctricas en Predkamye en siete estaciones (Tablas 1-7). Debido al reducido número de días con tormentas en invierno, este trabajo considerará el período de abril a septiembre.
Estación Tetyushi:
En abril, el valor medio máximo decenal se observa en el tercer decenio del mes = 0,20. Los valores modales en todas las décadas son cero, por lo que la actividad de las tormentas es débil. ¿La máxima dispersión y desviación estándar también se observan en la tercera década? 2 = 0,31; ? =0,56. La asimetría se caracteriza por un valor excepcionalmente grande en la segunda década de A = 4,35. También en la segunda década hay un gran valor de curtosis E = 17,79.
En mayo, debido al aumento de la afluencia de calor, aumenta la actividad de las tormentas. El valor medio máximo de diez días se observó en la tercera década y ascendió a? =1,61. Los valores modales en todas las décadas son cero. ¿Se observan los valores máximos de dispersión y desviación estándar en la 3ª década? 2=2,59; ?=1,61. Los valores de asimetría y curtosis disminuyen de la primera década a la tercera (en la primera década A = 1,23; E = 0,62; en la tercera década A = 0,53; E = -0,95).
En junio, el máximo del valor medio decenal se produce en el tercer decenio? = 2,07. Se observa un aumento en los valores de dispersión y desviación estándar respecto a abril y mayo: máximo en la segunda década (? 2 = 23,37; ? = 1,84), mínimo en la primera (? 2 = 1,77; ? = 1,33) . Los valores modales en las dos primeras décadas son iguales a cero, en la tercera década fue M=2. La asimetría en todas las décadas es grande y positiva, en la tercera década. La curtosis en las dos primeras décadas se caracteriza por valores pequeños, en la tercera década su valor aumentó E = 0,67.
¿El valor promedio de diez días más alto en julio? =2,05 en la segunda década. Los valores modales en las dos primeras décadas son 1 y 2, respectivamente, en la tercera, cero. Los valores máximos de dispersión y desviación estándar se observan en la segunda década y ascienden a? 2=3.15 y?=1.77, respectivamente, mínimo en los primeros diez días? 2=1,93 y ?=1,39 respectivamente. La asimetría se caracteriza por valores grandes y positivos: máximo en la primera década A = 0,95, mínimo en la segunda década A = 0,66. La curtosis en la segunda y tercera décadas es pequeña y tiene un valor negativo en la segunda década; en la primera década hay un máximo de E = 1,28, un mínimo en la segunda década de E = -0,21.
En agosto, la actividad de las tormentas disminuye. ¿El valor medio decenal más alto se observa en los primeros diez días? =1.78, ¿el más pequeño está en el tercero? =0,78. Los valores modales en la primera y tercera décadas son cero, en la segunda, uno. Hay una disminución en los valores de dispersión y desviación estándar: máximo en la primera década (? 2 = 3,33; ? = 1,82), mínimo en la tercera (? 2 = 1,23; ? = 1,11). Hay un ligero aumento en los valores de asimetría y curtosis de la primera década a la tercera: máximos en la tercera década A = 1,62, E = 2,14, mínimos en la segunda década A = 0,40, E = -0,82.
En septiembre, ¿el valor medio máximo de diez días fue? =0,63 en los primeros diez días del mes. Los valores modales son cero. Hay una disminución en los valores de dispersión y desviación estándar de la primera década a la tercera (? 2 =0,84; ? =0,92 - en la primera década y ? 2 =0,11; ? =0,33 - en la tercera).
Resumiendo lo anterior, concluimos que los valores de características estadísticas como el modo, la dispersión y la desviación estándar aumentan junto con un aumento en la actividad de las tormentas: los valores máximos se observan a fines de junio y principios de julio (Fig. 1).
Figura 1
La asimetría y la curtosis, por el contrario, adquieren los valores más grandes durante la actividad mínima de las tormentas (abril, septiembre); durante el período de máxima actividad de las tormentas, la asimetría y la curtosis se caracterizan por valores grandes, pero más pequeños en comparación con abril y septiembre ( Figura 2).
Figura 2
La actividad máxima de tormentas se observó a finales de junio y principios de julio (Fig. 3).
Fig. 3
Analicemos las estaciones restantes basándonos en gráficos construidos utilizando valores estadísticos calculados en estas estaciones.
Estación de Laishevo:
La figura muestra el promedio de diez días de días con tormentas eléctricas. El gráfico muestra que hay dos máximas de actividad tormentosa, que ocurren a finales de junio y finales de julio, iguales a ?=2,71 y ?=2,52, respectivamente. También se puede observar un aumento y una disminución abruptos, lo que indica una fuerte variabilidad de las condiciones climáticas en esta zona (Fig. 4).
Fig.4
La moda, la dispersión y la desviación estándar son mayores durante el período comprendido entre finales de junio y finales de julio, que corresponde al período de mayor actividad tormentosa. La máxima dispersión se observó en la tercera década de julio y ascendió a? 2= ​​4,39 (figura 5).
Fig.5
La asimetría y la curtosis toman sus mayores valores en la segunda década de abril (A = 5,57; E = 31), es decir durante actividad mínima de tormenta. Y durante el período de máxima actividad tormentosa, se caracterizan por valores bajos (A = 0,13; E = -1,42) (Fig. 6).
Fig.6
Estación de apoyo de Kzan:
En esta estación hay un suave aumento y disminución de la actividad de las tormentas. El máximo dura desde finales de junio hasta mediados de agosto, con un valor absoluto de ? = 2,61 (Fig. 7).
Fig.7
Los valores modales son bastante pronunciados en comparación con las estaciones anteriores. Se observan dos máximos principales de M=3 en la tercera década de junio y en la segunda década de julio. Al mismo tiempo, la dispersión y la desviación estándar alcanzan sus máximos (? 2 = 3,51; ? = 1,87) (Fig. 8).
Fig.8
La máxima asimetría y curtosis se observan en la segunda década de abril (A=3,33; E=12,58) y la tercera década de septiembre (A=4,08; E=17,87). El mínimo se observó en la tercera década de julio (A=0,005; E=-1,47) (Fig.9).
Fig.9
Estación de Kaybitsy:
¿El valor medio máximo en los segundos diez días de junio? = 2,79. Se observa un aumento abrupto y una disminución suave de la actividad de las tormentas (Fig. 10).
Arroz. 10
El valor modal toma su valor máximo en los segundos diez días de junio M=4. Al mismo tiempo, la dispersión y la desviación estándar también son máximas (? 2 = 4,99; ? = 2,23) (Fig. 11).
Fig.11
La asimetría y la curtosis se caracterizan por valores excepcionalmente grandes en la segunda década de abril (A=4,87; E=24,42) y la tercera década de septiembre (A=5,29; E=28,00). El mínimo se observó en los primeros diez días de junio (A = 0,52; E = -1,16) (Fig. 12).
Fig.12
Estación de Arsk:
En esta estación se observan dos máximas de actividad tormentosa, ocurriendo en el segundo decenio de junio y el tercer decenio de julio = 2,02 (Fig. 13).
Fig.13
La máxima dispersión y desviación estándar se producen en los segundos diez días de junio, lo que coincide con el máximo del valor medio de la actividad tormentosa (? 2 = 3,97; ? = 1,99). El segundo máximo de actividad tormentosa (la tercera década de julio) también va acompañado de grandes valores de dispersión y desviación estándar (γ2 = 3,47; δ = 1,86) (Fig. 14).
Fig.14
Hay valores excepcionalmente grandes de asimetría y curtosis en los primeros diez días de abril (A=6,40; E=41,00). En septiembre, estos valores también se caracterizan por valores elevados (A = 3,79; E = 13,59 en la tercera década de septiembre). El mínimo se da en los segundos diez días de julio (A = 0,46; E = -0,99) (Fig. 15).
Fig.15
Estación de Agriz:
Debido al pequeño tamaño de la muestra en esta estación, sólo podemos juzgar la actividad de los rayos de forma condicional.
Se observa un cambio abrupto en la actividad de las tormentas. El máximo se alcanza en la tercera década de julio = 2,92 (Fig. 16).
Fig.16
El significado modal está bien expresado. Se observan tres máximos de M=2 en la tercera decena de mayo, en la tercera decena de junio y en la segunda decena de julio. ¿La dispersión y la desviación estándar tienen cada una dos máximos principales, que ocurren en el segundo decenio de junio y el tercer decenio de julio y son iguales? 2 = 5,08; ? =2,25 y? 2=4,91; ?=2,22, respectivamente (Fig. 17).
Fig.17
Hay valores excepcionalmente grandes de asimetría y curtosis en los diez días de abril (A=3,61; E=13,00). Dos mínimos principales: en la segunda década de mayo (A=0,42; E=-1,46) y en la primera década de julio (A=0,50; E=-1,16) (Fig. 18).
Fig.18
Estación KGU:
El máximo del valor medio se produce en los segundos diez días de junio y es ?=1,90. También se puede observar un suave aumento y disminución de la actividad de las tormentas (Fig. 19).
Fig.19
La moda alcanza sus valores máximos en la segunda decena de junio (M=2) y la primera decena de julio (M=2). La dispersión y la desviación estándar toman sus mayores valores en la tercera década de julio (? 2 = 2,75; ? = 1,66) (Fig. 20).
Fig.20
En abril y septiembre, la asimetría y la curtosis se caracterizan por valores excepcionalmente grandes: en los primeros diez días de abril - A = 6,40; E=41,00, en el tercer decenio de septiembre - A=4,35; E=17,79. El mínimo de asimetría y curtosis se da en los segundos diez días de julio (A = 0,61; E = -0,48) (Fig. 21).
Fig.21
3.2 Análisis de tendencias

El componente no aleatorio y que cambia lentamente de una serie temporal se denomina tendencia.
Como resultado del procesamiento de datos, se obtuvieron ecuaciones de tendencia en siete estaciones para datos mensuales (Tablas 8-14). Los cálculos se realizaron para tres meses: mayo, julio y septiembre.
En la estación Tetyushi se ha observado durante un largo período de tiempo un aumento de la actividad de las tormentas en los meses de primavera y otoño y una disminución en julio.
En la estación En Laishevo, en mayo, durante un período prolongado, hay un aumento en la actividad de las tormentas (b = 0,0093), y en julio y septiembre disminuye.
En las estaciones de Kazán-Opornaya, Kaybitsy y Arsk, el coeficiente b es positivo durante los tres meses, lo que corresponde a un aumento de las tormentas.
En la estación En Agriz, debido al pequeño tamaño de la muestra, es difícil hablar sobre la naturaleza de los cambios en la intensidad de la actividad de las tormentas, pero se puede observar que en mayo y julio hay una disminución y en septiembre hay un aumento de las tormentas. actividad.
En la estación de la Universidad Estatal de Kazán, en mayo y julio, el coeficiente b es positivo y en septiembre tiene un signo menos.
El coeficiente b es máximo en julio en la estación. Kaybitsy (b=0,0577), mínimo - en julio en la estación. Laishevo.
3.3 Análisis de la dependencia de regresión del número de días con tormentas eléctricas con respecto a los números de Wolf

Los cálculos se realizaron para el mes central de verano - julio (Cuadro 15), por lo que la muestra fue N = 40 julios de 1940 a 1980.
Habiendo realizado los cálculos correspondientes, obtuvimos los siguientes resultados:
La probabilidad de confianza para el coeficiente a en todas las estaciones es prácticamente cero. La probabilidad de confianza para el coeficiente b en la mayoría de las estaciones también difiere poco de cero y se encuentra en el rango 0,23?b?1,00.
El coeficiente de correlación en todas las estaciones, a excepción de la estación. Agryz es negativo y no supera el valor de r=0,5, el coeficiente de determinación en estas estaciones no supera el valor de r 2 =20,00.
En la estación El coeficiente de correlación de Agryz es positivo y el mayor r = 0,51, probabilidad de confianza r 2 = 25,90.
Conclusión

Como resultado, sobre, etc.................

¿Cómo se forma una nube de tormenta?

¿Qué sabes acerca de una nube de tormenta?

En promedio, se cree que una nube de tormenta tiene un diámetro de 20 km y su vida útil es de 30 minutos. Según diversas estimaciones, en cualquier momento aparecen en el planeta entre 1.800 y 2.000 nubes de tormenta. Esto equivale a 100.000 tormentas eléctricas cada año en el planeta. Alrededor del 10% de ellos se vuelven extremadamente peligrosos.

En general, la atmósfera debería ser inestable: las masas de aire cerca de la superficie de la tierra deberían ser más ligeras que el aire ubicado en capas más altas. Esto es posible cuando la superficie subyacente y la masa de aire proveniente de ella se calientan, así como la presencia de alta humedad del aire, que es la más común. Quizás debido a algunas razones dinámicas, la entrada de masas de aire más frías en las capas suprayacentes. Como resultado, en la atmósfera, volúmenes de aire más cálido y húmedo, ganando flotabilidad, se precipitan hacia arriba y las partículas más frías de las capas superiores se hunden. De esta forma, el calor que la superficie terrestre recibe del sol es transportado a las capas suprayacentes de la atmósfera. Esta convección se llama libre. En zonas de frentes atmosféricos, en las montañas, se intensifica por el mecanismo forzado del ascenso de masas de aire.

El vapor de agua contenido en el aire ascendente se enfría y se condensa, formando nubes y liberando calor. Las nubes crecen hacia arriba, alcanzando altitudes donde se observan temperaturas negativas. Algunas partículas de las nubes se congelan, mientras que otras permanecen líquidas. Ambos tienen carga eléctrica. Las partículas de hielo suelen tener una carga positiva, mientras que las partículas líquidas suelen tener una carga negativa. Las partículas continúan creciendo y comienzan a asentarse en el campo gravitacional: se forma precipitación. Se acumulan cargos de espacio. Se forma una carga positiva en la parte superior de la nube y una carga negativa en la parte inferior (de hecho, se observa una estructura más compleja, puede haber 4 cargas cósmicas, a veces puede ser inversa, etc.). Cuando la intensidad del campo eléctrico alcanza un valor crítico, se produce una descarga: vemos un rayo y, después de un tiempo, escuchamos una onda sonora o un trueno que emana de él.

Normalmente, una nube de tormenta pasa por tres etapas durante su ciclo de vida: formación, máximo desarrollo y disipación.

En la primera etapa, los cúmulos crecen hacia arriba debido a los movimientos ascendentes del aire. Los cúmulos aparecen como hermosas torres blancas. En esta etapa no se esperan precipitaciones, pero no se descartan rayos. Esto puede tardar unos 10 minutos.

En la etapa de máximo desarrollo, los movimientos ascendentes en la nube aún continúan, pero al mismo tiempo, la precipitación ya comienza a caer de la nube y aparecen fuertes movimientos descendentes. Y cuando este flujo de precipitación enfriado hacia abajo llega al suelo, se forma un frente de ráfagas o línea de turbonada. La etapa de máximo desarrollo de nubes es la época de mayor probabilidad de fuertes lluvias, granizo, relámpagos frecuentes, borrascas y tornados. La nube suele ser de color oscuro. Esta etapa dura de 10 a 20 minutos, pero puede ser más larga.

Con el tiempo, las precipitaciones y las corrientes descendentes comienzan a erosionar la nube. En la superficie de la Tierra, la línea de ráfagas se aleja de la nube, aislándola de la fuente de alimentación de aire cálido y húmedo. La intensidad de las lluvias está disminuyendo, pero los rayos siguen siendo un peligro.

Debido a su total imprevisibilidad y enorme poder. iluminación(descargas de rayos), suponen un peligro potencial para numerosas instalaciones energéticas. La ciencia moderna ha acumulado una gran cantidad de información teórica y datos prácticos sobre protección contra rayos y actividad tormentosa, lo que permite solucionar graves problemas asociados a la protección contra rayos de las infraestructuras energéticas industriales y civiles. Este artículo trata sobre el físico. naturaleza de los fenómenos tormentosos y el comportamiento de los rayos, cuyo conocimiento será útil para disponer una protección eficaz contra los rayos y crear un sistema integrado de puesta a tierra para subestaciones eléctricas.

Naturaleza de los relámpagos y las nubes de tormenta.

En la estación cálida en latitudes medias, durante el movimiento de un ciclón, con suficiente humedad y fuertes corrientes de aire ascendentes, a menudo se producen descargas de tormentas (rayos). El motivo de este fenómeno natural es la enorme concentración de electricidad atmosférica (partículas cargadas) en las nubes de tormenta, en las que, en presencia de corrientes ascendentes, se produce la separación de cargas negativas y positivas con la acumulación de partículas cargadas en diferentes partes de la nube. Hoy en día existen varias teorías sobre la electricidad atmosférica y la electrificación de las nubes de tormenta, como los factores más importantes que tienen un impacto directo en el diseño y creación de una protección integral contra rayos y la puesta a tierra de las instalaciones eléctricas.

Según los conceptos modernos, la formación de partículas cargadas en las nubes está asociada a la presencia cerca de la Tierra de un campo eléctrico que tiene carga negativa. Cerca de la superficie del planeta, la intensidad del campo eléctrico es de 100 V/m. Este valor es el mismo en casi todas partes y no depende del momento ni del lugar de las mediciones. El campo eléctrico de la Tierra es causado por la presencia de partículas cargadas libres en el aire atmosférico, que están en constante movimiento.

Por ejemplo, en 1 cm3 de aire hay más de 600 partículas con carga positiva y la misma cantidad de partículas con carga negativa. A medida que nos alejamos de la superficie terrestre, la densidad de las partículas cargadas en el aire aumenta considerablemente. Cerca del suelo, la conductividad eléctrica del aire es insignificante, pero ya a altitudes de más de 80 km, la conductividad eléctrica aumenta 3.000.000.000 (!) de veces y se vuelve igual a la conductividad del agua dulce. Si hacemos analogías, en una primera aproximación nuestro planeta puede compararse con un enorme condensador con forma de bola.

En este caso, se toma como cobertura la superficie de la Tierra y la capa de aire concentrada a una altitud de ochenta kilómetros sobre la superficie terrestre. Una parte de la atmósfera de 80 km de espesor, que tiene una baja conductividad eléctrica, actúa como aislante. Entre las placas de un condensador virtual surge un voltaje de hasta 200 kV y la corriente puede ser de hasta 1.400 A. Un condensador de este tipo tiene una potencia increíble: alrededor de 300.000 kW (!). En el campo eléctrico del planeta, a una altitud de entre 1 y 8 kilómetros de la superficie terrestre, se condensan partículas cargadas y se producen fenómenos tormentosos, que empeoran el entorno electromagnético y son fuente de ruido impulsivo en los sistemas energéticos.

Los fenómenos tormentosos se clasifican en tormentas frontales y térmicas. En la Fig. La figura 1 muestra un diagrama de la aparición de una tormenta térmica. Como resultado de la intensa irradiación de los rayos del sol, la superficie terrestre se calienta. Parte de la energía térmica pasa a la atmósfera y calienta sus capas inferiores. Las masas de aire caliente se expanden y ascienden más. Ya a dos kilómetros de altitud llegan a una zona de bajas temperaturas, donde se condensa la humedad y aparecen nubes de tormenta. Estas nubes están formadas por gotas microscópicas de agua que llevan una carga. Las nubes de tormenta se forman normalmente por la tarde en los días calurosos de verano y son de tamaño relativamente pequeño.

Las tormentas frontales se forman cuando dos corrientes de aire con diferentes temperaturas chocan frontalmente. El flujo de aire a baja temperatura cae hacia abajo, más cerca del suelo, y masas de aire caliente se precipitan hacia arriba (Fig. 2). Las nubes de tormenta se forman en altitudes con bajas temperaturas, donde se condensa el aire húmedo. Las tormentas frontales pueden ser bastante largas y cubrir un área importante.

Al mismo tiempo, el entorno electromagnético de fondo se distorsiona notablemente, lo que provoca ruido impulsivo en las redes eléctricas. Estos frentes se mueven a velocidades de 5 a 150 km/h y superiores. A diferencia de las tormentas térmicas, las tormentas frontales están activas casi las 24 horas del día y representan un grave peligro para las instalaciones industriales que no están equipadas con un sistema de protección contra rayos y una conexión a tierra eficaz. Cuando el aire frío se condensa en un campo eléctrico, se forman gotas de agua polarizadas (Fig. 3): hay una carga positiva en la parte inferior de las gotas y una carga negativa en la parte superior.

Debido a las corrientes de aire ascendentes, las gotas de agua se separan: las más pequeñas se elevan y las más grandes caen más abajo. A medida que la gota se mueve hacia arriba, la parte cargada negativamente atrae cargas positivas y repele las negativas. Como resultado, la gota queda cargada positivamente porque recoge gradualmente una carga positiva. Las gotas que caen atraen cargas negativas y quedan cargadas negativamente a medida que caen.

La división de partículas cargadas en una nube de tormenta ocurre de manera similar: las partículas cargadas positivamente se acumulan en la capa superior y las negativas, en la capa inferior. Una nube de tormenta prácticamente no es conductora, por lo que las cargas se retienen durante algún tiempo. Si un campo eléctrico más fuerte de la nube afecta el campo eléctrico de "tiempo despejado", cambiará su dirección en su ubicación (Fig. 4).

La distribución de partículas cargadas en la masa de nubes es extremadamente desigual:
en algunos puntos la densidad tiene un valor máximo y en otros tiene un valor pequeño. En el lugar donde se acumula una gran cantidad de cargas y se forma un fuerte campo eléctrico con una intensidad crítica del orden de 25-30 kV/cm, se dan las condiciones adecuadas para la formación de rayos. La descarga de un rayo es similar a una chispa que se observa en el espacio entre electrodos que son buenos conductores de electricidad.

Ionización del aire atmosférico.

El aire atmosférico está formado por una mezcla de gases: nitrógeno, oxígeno, gases inertes y vapor de agua. Los átomos de estos gases se combinan formando enlaces fuertes y estables, formando moléculas. Cada átomo es un núcleo de protones que tiene carga positiva. Los electrones con carga negativa (“nube de electrones”) giran alrededor del núcleo.

En términos cuantitativos, la carga del núcleo y la carga total de los electrones son iguales entre sí. Durante la ionización, los electrones abandonan un átomo (molécula). Durante el proceso de ionización atmosférica se forman 2 partículas cargadas: un ion positivo (núcleo con electrones) y un ion negativo (electrón libre). Como muchos fenómenos físicos, la ionización requiere una cierta cantidad de energía, llamada energía de ionización del aire.

Cuando surge suficiente voltaje en la capa de aire formada por 2 electrodos conductores, todas las partículas cargadas libres, bajo la influencia de la intensidad del campo eléctrico, comenzarán a moverse de manera ordenada. La masa de un electrón es muchas veces (10.000 ... 100.000 veces) menor que la masa del núcleo. Como resultado, cuando un electrón libre se mueve en el campo eléctrico de una capa de aire, la velocidad de esta partícula cargada es mucho mayor que la velocidad del núcleo. Al poseer un impulso significativo, el electrón elimina fácilmente nuevos electrones de las moléculas, lo que hace que la ionización sea más intensa. Este fenómeno se llama ionización por impacto (Fig. 5).

Sin embargo, no todas las colisiones provocan la eliminación de un electrón de la molécula. En algunos casos, los electrones se mueven a órbitas inestables alejadas del núcleo. Dichos electrones reciben parte de la energía del electrón que choca, lo que conduce a la excitación de la molécula (Fig. 6).

El período de "vida" de una molécula excitada es de sólo 10 a 10 segundos, después de los cuales el electrón regresa a su órbita anterior, más estable desde el punto de vista energético.

Cuando el electrón regresa a una órbita estable, la molécula excitada emite un fotón. El fotón, a su vez, bajo determinadas condiciones puede ionizar otras moléculas. Este proceso se llamó fotoionización (Fig. 7). También existen otras fuentes de fotoionización: rayos cósmicos de alta energía, ondas de luz ultravioleta, radiaciones radiactivas, etc. (Fig. 8).

Como regla general, la ionización de las moléculas de aire se produce a altas temperaturas. A medida que aumenta la temperatura, las moléculas de aire y los electrones libres que participan en el movimiento térmico (caótico) adquieren mayor energía y chocan entre sí con más frecuencia. El resultado de tales colisiones es la ionización del aire, llamada ionización térmica. Sin embargo, también pueden ocurrir procesos inversos cuando las partículas cargadas neutralizan sus propias cargas (recombinación). Durante el proceso de recombinación se observa una intensa emisión de fotones.

Formación de serpentinas y descarga de corona.

Cuando la intensidad del campo eléctrico en el espacio de aire entre las placas cargadas aumenta a valores críticos, se puede desarrollar ionización por impacto, que es una causa común de interferencias pulsadas de alta frecuencia. Su esencia es la siguiente: después de la ionización de una molécula por un electrón, aparecen dos electrones libres y un ion positivo. Las colisiones posteriores dan lugar a la aparición de 4 electrones libres y 3 iones con carga positiva.

Así, la ionización adquiere un carácter similar a una avalancha, que va acompañada de la formación de una gran cantidad de electrones libres e iones positivos (Fig. 9 y 10). Los iones positivos se acumulan cerca del electrodo negativo y los electrones cargados negativamente se mueven hacia el electrodo positivo.

Durante el proceso de ionización, los electrones libres adquieren una mayor movilidad en comparación con los iones, por lo que estos últimos pueden considerarse condicionalmente partículas inmóviles. Cuando los electrones se mueven hacia el electrodo positivo, las cargas positivas restantes tienen una fuerte influencia en el estado del campo eléctrico, lo que conduce a un aumento de su intensidad. Una gran cantidad de fotones acelera la ionización del aire cerca del ánodo y contribuye a la formación de electrones secundarios (Fig. 11), que son fuentes de avalanchas repetidas (Fig. 12).

Las avalanchas secundarias resultantes se mueven hacia el ánodo, donde se concentra la carga positiva. Los electrones libres atraviesan la carga espacial positiva, lo que lleva a la formación de un canal bastante estrecho (corriente) en el que se encuentra el plasma. Debido a su excelente conductividad, la serpentina "extiende" el ánodo, mientras que el proceso de formación de avalanchas de electrones libres se acelera y se produce un aumento adicional en la intensidad del campo eléctrico (Fig. 13 y 14), moviéndose hacia la cabeza de la serpentina. . Los electrones adicionales se mezclan con los iones positivos, lo que nuevamente conduce a la formación de plasma, que alarga el canal de la corriente.

Arroz. 13. Un aumento de la intensidad del campo eléctrico va acompañado de una mayor fotoionización y genera nuevas avalanchas de partículas cargadas.

Una vez que la serpentina llena el espacio libre, comienza la etapa de chispa de la descarga (Fig. 15), caracterizada por una ionización térmica superpotente del espacio y la ultraconductividad del canal de plasma.

El proceso de formación de serpentinas descrito es válido para espacios pequeños caracterizados por un campo eléctrico uniforme. Sin embargo, según su forma, todos los campos eléctricos se dividen en homogéneos, ligeramente heterogéneos y fuertemente heterogéneos:

• Dentro de un campo eléctrico uniforme, la intensidad a lo largo de las líneas de campo se caracteriza por un valor constante. Como por ejemplo, el campo eléctrico en la parte media de un condensador de placas paralelas.
• En un campo débilmente heterogéneo, los valores de intensidad medidos a lo largo de las líneas de campo difieren no más de 2 ... 3 veces; dicho campo se considera débilmente heterogéneo. Por ejemplo, el campo eléctrico entre dos explosores esféricos o el campo eléctrico que surge entre la cubierta de un cable blindado y su núcleo.
• Un campo eléctrico se denomina altamente heterogéneo si se caracteriza por saltos significativos de intensidad, lo que conduce a un grave deterioro del entorno electromagnético. En las instalaciones eléctricas industriales, los campos eléctricos suelen tener una forma muy irregular, lo que requiere dispositivos de control de la compatibilidad electromagnética.

En un campo altamente heterogéneo, los procesos de ionización se acumulan cerca del electrodo positivo o negativo. Por lo tanto, la descarga no puede alcanzar la etapa de chispa y, en este caso, la carga se forma en forma de corona (“descarga de corona”). Al aumentar aún más la intensidad del campo eléctrico, se forman corrientes de aire en el entrehierro y se produce una descarga de chispas. Entonces, si la longitud del espacio es de un metro, entonces la descarga de chispa se produce con una intensidad de campo de aproximadamente 10 kV/cm.

Forma líder de descarga de rayos.

Con un espacio de aire de varios metros de tamaño, las corrientes emergentes no tienen suficiente conductividad para desarrollar una descarga completa. A medida que la serpentina se mueve, se forma una descarga de rayo que adopta la forma de un líder. Parte del canal, llamado líder, está lleno de partículas ionizadas térmicamente. En el canal líder se concentra una cantidad significativa de partículas cargadas, cuya densidad es mucho mayor que el promedio del streamer. Esta propiedad proporciona buenas condiciones para la formación de una serpentina y su transformación en líder.

Arroz. 16. El proceso de movimiento del streamer y el surgimiento de un líder negativo (AB – avalancha inicial; CD – streamer formado).

En la Fig. La Figura 16 demuestra el esquema clásico para el surgimiento de un líder negativo. Un flujo de electrones libres se mueve desde el cátodo al ánodo. Los conos sombreados muestran las avalanchas de electrones resultantes y las trayectorias de los fotones emitidos se muestran en forma de líneas onduladas. En cada avalancha, cuando los electrones chocan, el aire se ioniza y los fotones resultantes ionizan posteriormente otras moléculas de aire. La ionización adquiere un carácter masivo y numerosas avalanchas se fusionan en un solo canal. La velocidad de los fotones es de 3*108 m/s, y la velocidad de los electrones que se mueven libremente en la parte frontal de la avalancha es de 1,5*105 m/s.

El desarrollo de una serpentina ocurre más rápido que el avance de una avalancha de electrones. En la Fig. La Figura 16 muestra que durante el tiempo que la primera avalancha recorre la distancia AB, se forma un canal de corriente con ultraconductividad en toda su longitud en el segmento CD. Una serpentina estándar se mueve a una velocidad promedio de 106-107 m/s. Si los electrones libres tienen una concentración suficientemente alta, se produce una intensa ionización térmica en el canal de la corriente, lo que conduce a la aparición de un líder, una estructura lineal con un componente de plasma.

A medida que el líder se mueve, se forman nuevas serpentinas en su parte final, que luego también se convierten en el líder. En la Fig. La Figura 17 muestra el desarrollo de un líder negativo en un espacio de aire con un campo eléctrico no uniforme: el líder se mueve a lo largo del canal del cable (Fig. 17a); Una vez completada la transformación del canal del streamer en líder, surgen nuevas avalanchas.

Arroz. 17. Esquema de formación y desarrollo de un líder negativo durante un período prolongado.

Las avalanchas de electrones se mueven a lo largo del espacio de aire (Fig. 17b) y se forma una nueva serpentina (Fig. 17c). Como regla general, las serpentinas se mueven a lo largo de trayectorias aleatorias. Con esta formación de una descarga de rayo en grandes espacios de aire, incluso con intensidades de campo eléctricas bajas (de 1.000 a 2.000 V/cm), el líder recorre rápidamente distancias importantes.

Cuando el líder llega al electrodo opuesto, la etapa líder de la descarga del rayo termina y comienza la etapa de descarga inversa (principal). En este caso, una onda electromagnética se propaga desde la superficie de la tierra a lo largo del canal del líder, por lo que el potencial del líder se reduce a cero. Así, se forma un canal superconductor entre los electrodos, a través del cual pasa una descarga de rayo.

Etapas de desarrollo de una descarga de rayo.

Las condiciones para la aparición de relámpagos se forman en aquella parte de la nube de tormenta donde la acumulación de partículas cargadas y la intensidad del campo eléctrico han alcanzado valores umbral. En este punto, se desarrolla la ionización de impacto y se forman avalanchas de electrones, luego, bajo la influencia de la ionización foto y térmica, aparecen serpentinas que se convierten en líderes.

a – pantalla visual; b – característica actual.

La longitud de un rayo oscila entre cientos de metros y puede alcanzar varios kilómetros (la longitud media de la descarga de un rayo es de 5 km). Gracias al tipo de desarrollo líder, los rayos pueden recorrer distancias considerables en una fracción de segundo. El ojo humano ve el relámpago como una línea continua que consta de una o más franjas brillantes de color blanco, rosa claro o azul brillante. De hecho, la descarga de un rayo consta de varios impulsos, incluidas dos etapas: una etapa de descarga líder y una etapa de descarga inversa.

En la Fig. La figura 18 muestra un barrido temporal de los pulsos de un rayo, que muestra la descarga de la etapa líder del primer pulso desarrollándose en forma de pasos. En promedio, la línea del escenario es de cincuenta metros y el retraso entre escenarios adyacentes alcanza los 30-90 μs. La velocidad media de propagación del líder es de 105...106 m/s.

La forma gradual de desarrollo del líder se explica por el hecho de que se necesita algún tiempo para formar un líder (una pausa entre pasos). Los pulsos posteriores se mueven a lo largo del canal ionizado y tienen una etapa líder claramente en forma de flecha. Una vez que el líder alcanza el primer pulso de la superficie terrestre, aparece un canal ionizado a través del cual se mueve la carga. En este momento comienza la segunda etapa de la descarga de un rayo (descarga inversa).

La descarga principal es visible en forma de una línea continua y luminosa que atraviesa el espacio entre las nubes de tormenta y el suelo (relámpago lineal). Una vez que la descarga principal llega a la nube, el brillo del canal de plasma disminuye. Esta fase se llama resplandor. En una descarga de rayo, se observan hasta veinte pulsos repetidos y la duración de la descarga alcanza 1 segundo o más.

En cuatro de cada diez casos se observan múltiples descargas de rayos, lo que provoca ruido impulsivo en las redes energéticas. En promedio, se observan 3...4 impulsos. La naturaleza de los pulsos repetidos está asociada con la entrada gradual de las cargas restantes en la nube de tormenta al canal de plasma.

Acción selectiva de la descarga del rayo.

Cuando el canal líder apenas comienza a desarrollarse, la intensidad del campo eléctrico en su parte superior está determinada por el volumen de la carga del líder y las acumulaciones de partículas cargadas volumétricas ubicadas debajo de la nube de tormenta. La dirección prioritaria de la descarga depende de la intensidad máxima del campo eléctrico. A una altitud significativa, esta dirección está determinada únicamente por el canal líder (Fig. 19).

Cuando el canal líder de la descarga de un rayo se mueve hacia la superficie de la Tierra, su campo eléctrico es distorsionado por el campo de la Tierra y las enormes instalaciones eléctricas terrestres. Los valores máximos de intensidad y dirección de propagación del rayo están determinados tanto por sus propias cargas como por cargas concentradas en el suelo, así como en estructuras artificiales (Fig. 20).

La altura H de la cabeza del líder sobre la superficie terrestre, en la que una influencia significativa en el campo eléctrico del líder se manifiesta por los campos de cargas acumuladas en cantidades significativas en el suelo y en las instalaciones eléctricas, capaces de cambiar la dirección del movimiento del líder, se llama altura de orientación de la descarga del rayo.
Cuantas más cargas eléctricas haya en el canal líder, mayor será la altura a la que puede aparecer un cambio en la trayectoria del rayo.

La Figura 21 muestra el movimiento de la descarga principal desde la superficie terrestre hasta la nube de tormenta y la propagación del líder hacia el suelo (superficie plana).

Cuando la descarga de un rayo se mueve hacia una estructura de tierra de gran altura (soporte de línea eléctrica o torre) hacia la descarga líder que se extiende desde una nube de tormenta a la superficie de la tierra, se desarrolla un contralíder desde el soporte del suelo (Fig. 22). En este caso, la descarga principal surge en el punto de conexión entre los líderes y se mueve en ambas direcciones.

Arroz. 22. Desarrollo de la etapa líder (arriba) y la etapa de descarga principal (abajo) cuando la descarga de un rayo incide sobre un soporte metálico.

El proceso de formación del rayo muestra que la ubicación específica de la descarga del rayo se determina en la etapa líder. Si hay una estructura terrestre de gran altura directamente debajo de la nube de tormenta (por ejemplo, una torre de televisión o un soporte de línea eléctrica), entonces el líder emergente se moverá hacia el suelo por el camino más corto, es decir, hacia el líder, que se extiende hacia arriba. de la estructura del terreno.

Según la experiencia práctica, podemos concluir que la mayoría de las veces los rayos caen sobre aquellas instalaciones eléctricas que tienen una conexión a tierra efectiva y conducen bien la electricidad. A la misma altura, la descarga de un rayo cae sobre el objeto que tiene mejor conexión a tierra y alta conductividad eléctrica. Con diferentes alturas de instalaciones eléctricas y si el suelo contiguo a ellas también tiene diferente resistividad, el rayo puede caer sobre un objeto más bajo ubicado en un suelo con mejor conductividad (Fig. 23).

Arroz. 23. Susceptibilidad selectiva a las descargas de rayos: suelos con alta conductividad eléctrica (a); suelo con conductividad reducida (b).

Este hecho puede explicarse por el hecho de que durante el desarrollo de la etapa líder, las corrientes de conducción fluyen por un camino con mayor conductividad, por lo que en determinadas zonas hay una concentración de cargas relacionadas con el líder. Como resultado, aumenta la influencia del campo eléctrico de las cargas de la superficie terrestre sobre el campo eléctrico del líder emergente. Esto explica la selectividad de los rayos. Como regla general, las áreas del suelo y las estructuras artificiales aéreas con alta conductividad son las más afectadas. En la práctica, se ha establecido que en las líneas eléctricas de alto voltaje los rayos no caen más de un tercio de los soportes ubicados en lugares estrictamente definidos.

La teoría del daño selectivo a objetos terrestres por descargas de rayos ha encontrado confirmación práctica en la disposición de la protección contra rayos y la puesta a tierra de las instalaciones eléctricas de las subestaciones eléctricas. Las zonas que se caracterizan por una baja conductividad tenían muchas menos probabilidades de ser alcanzadas por un rayo. En la Fig. La Figura 24 muestra el campo eléctrico entre el suelo y una nube de tormenta antes de que caiga un rayo.

Con un cambio gradual en la intensidad del campo eléctrico de una nube de tormenta, la conductividad del suelo asegura un equilibrio en el número de cargas cuando cambia el campo eléctrico de la nube. Durante la descarga de un rayo, la intensidad del campo cambia tan rápidamente que, debido a la baja conductividad del suelo, no hay tiempo para que se produzca la redistribución de la carga. La concentración de cargas en lugares individuales conduce a un aumento en la intensidad del campo eléctrico entre los lugares característicos y la nube de tormenta (Fig. 25), por lo que la descarga del rayo incide selectivamente en estos lugares.

Esto confirma claramente la teoría de la selectividad de la descarga del rayo, según la cual, en condiciones similares, el rayo siempre cae en aquellos lugares donde hay una mayor conductividad eléctrica del suelo.

Principales parámetros del rayo.

Para caracterizar las corrientes de rayo se utilizan los siguientes parámetros:

• Valor máximo del pulso de corriente del rayo.
• El grado de pendiente del frente de corriente del rayo.
• Duración del frente del pulso actual.
• Duración completa del pulso.

La duración del impulso de la corriente del rayo es el tiempo necesario para que la descarga de retorno recorra la distancia entre el suelo y una nube de tormenta (20...100 μs). La duración del impulso de la corriente del rayo se encuentra en el rango de 1,5 a 10 μs.

La duración media de un impulso de corriente de rayo es de 50 μs. Este valor es el valor estándar del impulso de la corriente del rayo cuando se prueba la rigidez dieléctrica de los cables blindados: deben resistir la caída directa del rayo y mantener la integridad del aislamiento. Para probar la resistencia del aislamiento cuando se expone a pulsos de voltaje de rayo (las pruebas están reguladas por GOST 1516.2-76), se adopta un pulso de corriente de voltaje de rayo estándar, como se muestra en la Fig. 26 (para facilitar los cálculos, el frente real se reduce a uno oblicuo equivalente).

En el eje vertical del escaneo de sobretensión del pulso, en un nivel igual a 0,3 Umax y 0,9 Umax, están marcados los puntos de control conectados por una línea recta. La intersección de esta recta con el eje del tiempo y con la recta horizontal tangente a Umax nos permite determinar la duración del pulso Tf. Un impulso de rayo estándar tiene un valor de 1,2/50: donde Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (duración completa del impulso).

Otra característica importante del pulso de un rayo es la tasa de aumento de la corriente de voltaje en el frente del pulso (inclinación del frente, A*μs). La Tabla 1 muestra los principales parámetros de las descargas de rayos para terreno llano. En las montañas, hay una disminución en la amplitud de las fluctuaciones de las corrientes del rayo (casi dos veces) en comparación con los valores de las llanuras. Esto se explica por el hecho de que las montañas están más cerca de las nubes, por lo que en las zonas montañosas los rayos se producen con una densidad mucho menor de partículas cargadas en las nubes de tormenta, lo que conduce a una disminución en los valores de amplitud de las corrientes del rayo.

Según la tabla, cuando un rayo cae sobre los soportes de líneas eléctricas de alto voltaje, se generan enormes corrientes: más de 200 kA. Sin embargo, tales descargas de rayos que causan corrientes significativas se observan extremadamente raramente: las corrientes superiores a 100 kA ocurren en no más del 2% de los casos del número total de descargas de rayos, y las corrientes superiores a 150 kA ocurren en menos del 0,5% de los casos. La distribución de probabilidad de los valores de amplitud de las corrientes de rayo en función de los valores de amplitud de las corrientes se muestra en la Fig. 27. Aproximadamente el 40% de todas las descargas de rayos tienen corrientes que no superan los 20 kA.

Arroz. 28. Curvas de la distribución de probabilidad (en %) de la pendiente del frente de impulsos de la corriente del rayo. Curva 1 – para áreas planas; curva 2 – para condiciones de montaña.

El nivel de ruido impulsivo y de sobretensión que se produce en las instalaciones eléctricas depende de la pendiente real del frente de la corriente pulsada de la descarga de un rayo. El grado de inclinación varía en un amplio rango y tiene una correlación débil con los valores de amplitud de las corrientes de rayo. En la Fig. La Figura 28 muestra una imagen de la distribución de probabilidad del nivel de pendiente del pulso de corriente del rayo frontal en la llanura (curva 1) y en la montaña (curva 2).

Impacto de las corrientes de rayo.

Durante el paso de las corrientes del rayo a través de diversos objetos, estos últimos están sujetos a influencias mecánicas, electromagnéticas y térmicas.
Una generación importante de calor puede destruir conductores metálicos de sección pequeña (por ejemplo, fusibles o cables telegráficos). Para determinar el valor crítico de la corriente del rayo Im (kA), en el que se produce la fusión o incluso la evaporación del conductor, se utiliza la siguiente fórmula

k – coeficiente específico dependiendo del material del conductor (cobre 300...330, aluminio 200...230, acero 115...440).
Q – sección transversal del conductor, mm2;
tm es la duración del pulso de corriente del rayo, μs.

La sección transversal más pequeña de un conductor (pararrayos), que garantiza su seguridad durante la descarga de un rayo en una instalación eléctrica, es de 28 mm2. A valores máximos de corriente, un conductor de acero de sección transversal similar se calienta hasta cientos de grados en cuestión de microsegundos, pero conserva su integridad. Cuando se exponen a un canal de rayos, las piezas metálicas pueden fundirse hasta una profundidad de 3-4 mm. Las roturas de cables individuales en cables de protección contra rayos en líneas eléctricas a menudo ocurren debido al desgaste por la descarga de un rayo en los puntos de contacto entre el canal de rayos y el cable.

Por este motivo, los pararrayos de acero tienen secciones transversales grandes: los cables de protección contra rayos deben tener una sección transversal de al menos 35 mm2 y los pararrayos deben tener una sección transversal de al menos 100 mm2. Cuando un canal de rayos impacta sobre materiales inflamables e inflamables (madera, paja, combustibles y lubricantes, combustible gaseoso, etc.), pueden producirse explosiones e incendios. El impacto mecánico de la corriente del rayo se manifiesta en la destrucción de estructuras de madera, ladrillo y piedra que carecen de protección contra rayos y de una adecuada conexión a tierra.

La rotura de los postes de madera de las líneas eléctricas se explica porque la corriente del rayo, al moverse a través de la estructura interna de la madera, genera una liberación abundante de vapor de agua que, con su presión, rompe las fibras de la madera. En tiempo lluvioso, la división de la madera es menor que en tiempo seco. Dado que la madera húmeda se caracteriza por una mejor conductividad, la corriente del rayo pasa principalmente a lo largo de la superficie de la madera, sin causar daños importantes a las estructuras de madera.

Durante la descarga de un rayo, a menudo se arrancan de los soportes de madera trozos de madera de hasta tres centímetros de espesor y hasta cinco centímetros de ancho y, en algunos casos, el rayo parte por la mitad los montantes y los travesaños de los soportes que no están equipados con conexión a tierra. . En este caso, los elementos metálicos de los aisladores (pernos y ganchos) salen volando de su lugar y caen al suelo. Un día, un rayo cayó tan fuerte que un enorme álamo de unos 30 m de altura se convirtió en un montón de pequeñas astillas.

Al pasar a través de estrechas grietas y pequeñas aberturas, las descargas de rayos producen una destrucción importante. Por ejemplo, las corrientes de rayo deforman fácilmente los pararrayos tubulares instalados en líneas eléctricas. Incluso los dieléctricos clásicos (piedra y ladrillo) están sujetos a los efectos destructivos de descargas potentes. Las fuerzas de impacto electrostático que tienen las cargas restantes pueden destruir fácilmente edificios de ladrillo y piedra de paredes gruesas.

Durante la etapa de descarga principal del rayo, cerca del punto de su impacto, se producen interferencias impulsivas y sobretensiones en los conductores y estructuras metálicas de las instalaciones energéticas, que, al atravesar la puesta a tierra de los objetos energéticos, crean ruido impulsivo de alta frecuencia y una importante caída de tensión, alcanzando 1.000 kV o más. Las descargas de rayos pueden ocurrir no sólo entre las nubes de tormenta y el suelo, sino también entre nubes individuales. Estos rayos son completamente seguros para el personal y los equipos de las instalaciones eléctricas. Al mismo tiempo, las descargas de rayos que llegan al suelo suponen un grave peligro para las personas y los dispositivos técnicos.

Actividad de tormentas en la Federación de Rusia

En diferentes puntos de nuestro país, la intensidad de la actividad de las tormentas varía significativamente. Las regiones del norte experimentan la actividad de tormentas más débil. A medida que se avanza hacia el sur, hay un aumento en la actividad de tormentas, que se caracteriza por el número de días al año en que hubo tormentas. La duración media de las tormentas durante un día de tormenta en el territorio de la Federación de Rusia es de 1,5 a 2 horas. La actividad de tormentas en cualquier punto de la Federación de Rusia se establece utilizando mapas meteorológicos especiales de actividad de tormentas, que se compilan sobre la base de datos de observaciones a largo plazo de estaciones meteorológicas (Fig. 29).

Datos interesantes sobre los rayos:

• En aquellas zonas donde la actividad de las tormentas es de 30 horas al año, en promedio cae 1 rayo por kilómetro cuadrado de la superficie terrestre cada dos años.
• Cada segundo, la superficie de nuestro planeta sufre más de cien rayos.