나무를 위한 피뢰침. 번개 방전의 형성 번개 전류의 영향
뇌우 - 그게 뭐야? 온 하늘을 가르는 번개와 위협적인 천둥소리는 어디에서 오는가? 뇌우는 자연스러운 현상입니다. 번개라고 불리는 번개는 구름 내부(적란운) 또는 구름 사이에서 발생할 수 있습니다. 일반적으로 천둥이 동반됩니다. 번개는 폭우, 강한 바람, 종종 우박과 관련이 있습니다.
활동
뇌우는 가장 위험한 사람 중 하나입니다. 번개에 맞은 사람은 고립된 경우에만 살아남습니다.
지구에는 동시에 약 1,500개의 뇌우가 발생하고 있습니다. 방전 강도는 초당 100번의 번개로 추산됩니다.
지구상의 뇌우 분포는 고르지 않습니다. 예를 들어, 바다보다 대륙에 10배 더 많습니다. 번개 방전의 대부분(78%)은 적도 및 열대 지역에 집중됩니다. 뇌우는 특히 중앙아프리카에서 자주 기록됩니다. 그러나 극지방(남극, 북극)과 번개 극은 실제로 보이지 않습니다. 뇌우의 강도는 천체와 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 중위도에서는 여름철 오후(낮) 시간에 최고조에 달합니다. 그러나 최소값은 일출 전에 기록되었습니다. 지리적 특징도 중요합니다. 가장 강력한 뇌우 센터는 코르디예라와 히말라야(산간 지역)에 있습니다. 러시아에서는 연간 "뇌우 일수"도 다양합니다. 예를 들어 무르만스크에는 아르한겔스크(15), 칼리닌그라드(18), 상트페테르부르크(16), 모스크바(24), 브라이언스크(28), 보로네시(26), 로스토프(31), 소치(50), 사마라(31) 등 4개만 있다. 25, 카잔 및 에카테린부르크 - 28, 우파 - 31, 노보시비르스크 - 20, 바르나울 - 32, 치타 - 27, 이르쿠츠크 및 야쿠츠크 - 12, 블라고베셴스크 - 28, 블라디보스토크 - 13, 하바롭스크 - 25, 유즈노사할린스크 - 7, 페트로파블롭스크 - 캄차츠키 - 1.
뇌우의 발달
어떻게 되나요? 특정 조건에서만 형성됩니다. 수분의 상향 흐름이 있어야 하며, 입자의 한 부분은 얼음 상태이고 다른 부분은 액체 상태인 구조가 있어야 합니다. 뇌우를 발생시키는 대류는 여러 경우에 발생합니다.
표면층의 고르지 않은 가열. 예를 들어, 온도 차이가 큰 물 위에서. 대도시에서는 뇌우 강도가 주변 지역보다 약간 더 강해질 것입니다.
차가운 공기가 따뜻한 공기를 대체할 때. 정면 관례는 덮개 구름과 난층운과 동시에 발생하는 경우가 많습니다.
산맥에서 공기가 상승할 때. 고도가 낮아도 구름 형성이 증가할 수 있습니다. 이것이 강제 대류입니다.
모든 뇌운은 유형에 관계없이 반드시 적운, 성숙, 붕괴의 세 단계를 거칩니다.
분류
한동안 뇌우는 관측 위치에서만 분류되었습니다. 예를 들어, 그들은 직교형, 국소형, 정면형으로 나누어졌습니다. 이제 뇌우는 뇌우가 발생하는 기상 환경에 따른 특성에 따라 분류됩니다. 대기 불안정으로 인해 형성됩니다. 이것이 뇌운 생성의 주요 조건입니다. 이러한 흐름의 특성은 매우 중요합니다. 그 힘과 크기에 따라 각각 다른 유형의 뇌운이 형성됩니다. 어떻게 나누어져 있나요?
1. 단일 세포 적란운(국소 또는 질량 내). 우박이나 뇌우가 발생하는 경우. 가로 치수는 5~20km, 세로 치수는 8~12km입니다. 이러한 클라우드는 최대 한 시간 동안 "살아 있습니다". 뇌우가 발생한 후에도 날씨는 거의 변하지 않습니다.
2. 다중 셀 클러스터. 여기서 규모는 최대 1000km로 더욱 인상적입니다. 다중 셀 클러스터는 다양한 형성 및 발달 단계에 있는 동시에 하나의 전체를 구성하는 뇌우 셀 그룹을 포함합니다. 그것들은 어떻게 만들어졌나요? 성숙한 뇌우 세포는 중앙에 위치하며 붕괴되는 세포는 중앙에 위치하며 가로 크기는 40km에 이릅니다. 클러스터 다중 뇌우는 돌풍(부드럽지만 강하지는 않음), 비, 우박을 생성합니다. 하나의 성숙한 세포의 존재는 30분으로 제한되지만 클러스터 자체는 몇 시간 동안 "살아" 있을 수 있습니다.
3. 스콜 라인. 이것은 또한 다중 세포 뇌우입니다. 선형이라고도 합니다. 단단할 수도 있고 틈이 있을 수도 있습니다. 이곳의 돌풍은 더 길다(앞쪽 가장자리에서). 접근하면 다세포주가 어두운 구름벽처럼 나타난다. 여기의 하천 수(상류 및 하류 모두)는 상당히 많습니다. 그렇기 때문에 뇌우의 구조는 다르지만 이러한 복잡한 뇌우가 다중 셀로 분류됩니다. 돌풍 선은 강렬한 폭우와 큰 우박을 일으킬 수 있지만 강한 하강 기류로 인해 "제한"되는 경우가 더 많습니다. 한랭전선 이전에 발생하는 경우가 많습니다. 사진에서 이러한 시스템은 구부러진 활 모양입니다.
4. 슈퍼셀 뇌우. 그러한 뇌우는 드물다. 특히 재산과 인명에 위험합니다. 이 시스템의 구름은 상승 기류의 한 영역에서 둘 다 다르기 때문에 단일 셀 구름과 유사합니다. 그러나 크기가 다릅니다. 슈퍼셀 클라우드는 반경이 50km에 가까우며 높이는 최대 15km까지 거대합니다. 그 경계는 성층권에 있을 수 있습니다. 모양은 하나의 반원형 모루와 유사합니다. 상향 흐름 속도는 훨씬 더 높습니다(최대 60m/s). 특징적인 특징은 회전이 있다는 것입니다. 이것이 위험하고 극단적인 현상(큰 우박(5cm 이상), 파괴적인 토네이도)을 일으키는 원인입니다. 이러한 구름이 형성되는 주요 요인은 주변 환경입니다. 우리는 +27의 온도와 다양한 방향의 바람에 대한 매우 강력한 규칙에 대해 이야기하고 있습니다. 이러한 조건은 대류권에서 바람 전단이 일어나는 동안 발생합니다. 상승 기류에서 형성된 강수는 하강 기류 지역으로 이동하여 구름의 긴 수명을 보장합니다. 강수량은 고르지 않게 분포됩니다. 소나기는 상승 기류 근처에서 발생하고 우박은 북동쪽에 더 가깝게 발생합니다. 폭풍의 꼬리가 바뀔 수도 있습니다. 그러면 가장 위험한 지역은 주 상승 기류 옆이 될 것입니다.
"마른 뇌우"라는 개념도 있습니다. 이 현상은 몬순의 특징으로 매우 드뭅니다. 이러한 뇌우에는 강수량이 없습니다 (단순히 도달하지 못하고 고온에 노출되어 증발합니다).
이동 속도
고립된 뇌우의 경우 속도는 약 20km/h이며 때로는 더 빠릅니다. 한랭 전선이 활성화되면 속도는 80km/h에 도달할 수 있습니다. 많은 뇌우에서 오래된 뇌우 세포는 새로운 뇌우 세포로 교체됩니다. 각각은 비교적 짧은 거리(약 2km)를 커버하지만 전체적으로는 거리가 늘어납니다.
대전 메커니즘
번개 자체는 어디에서 오는가? 구름 주위와 그 안에서 끊임없이 움직입니다. 이 과정은 상당히 복잡합니다. 성숙한 구름에서 전하의 작용을 상상하는 가장 쉬운 방법입니다. 쌍극자 양성 구조가 지배적입니다. 어떻게 배포되나요? 양전하는 구름 내부의 상단에 배치되고 음전하는 그 아래에 위치합니다. 주요 가설(이 과학 분야는 여전히 거의 탐구되지 않은 것으로 간주될 수 있음)에 따르면 더 무겁고 큰 입자는 음전하를 띠고 작고 가벼운 입자는 양전하를 띠고 있습니다. 전자가 후자보다 더 빠르게 하락합니다. 이로 인해 공간 전하가 공간적으로 분리됩니다. 이 메커니즘은 실험실 실험을 통해 확인되었습니다. 얼음 알갱이나 우박 입자는 강한 전하 이동을 가질 수 있습니다. 크기와 부호는 구름의 수분 함량, 기온(주변) 및 충돌 속도(주요 요인)에 따라 달라집니다. 다른 메커니즘의 영향을 배제할 수 없습니다. 방전은 지면과 구름(또는 중성 대기 또는 전리층) 사이에서 발생합니다. 바로 이 순간 우리는 하늘을 가르는 섬광을 봅니다. 아니면 번개. 이 과정에는 큰 소리(천둥)가 동반됩니다.
뇌우는 복잡한 과정입니다. 그것을 연구하는 데는 수십 년, 어쩌면 수백 년이 걸릴 수도 있습니다.
나무는 종종 낙뢰의 표적이 되며 때로는 매우 심각한 결과를 초래합니다. 우리는 나무 자체와 그 근처에 사는 사람들 모두가 번개에 맞을 위험과 이 현상과 관련된 위험을 줄이는 방법에 대해 이야기할 것입니다.
번개는 어디서 치나요?
지구의 대부분 지역에서 뇌우는 매우 흔합니다. 동시에 약 15,000개의 뇌우가 지구를 덮치고 있습니다. 예를 들어, 모스크바에서는 매년 20일 이상의 뇌우가 발생합니다. 그러나 이러한 자연현상의 익숙함에도 불구하고 그 위력은 충격적일 수밖에 없다. 평균 낙뢰 전류는 약 100,000볼트이고 전류는 20,000~50,000암페어입니다. 번개 채널의 온도는 25,000~30,000°C에 이릅니다. 번개가 건물, 나무 또는 사람을 강타하여 전하를 확산시키는 것이 종종 치명적인 결과를 초래한다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
건물, 돛대, 나무 등 단일 지상 물체에 번개가 치는 일은 매우 드문 일이지만, 그 엄청난 파괴력으로 인해 뇌우는 인간에게 가장 위험한 자연 현상 중 하나가 됩니다. 따라서 통계에 따르면 농촌지역에서 7번째 화재는 모두 낙뢰로 인해 발생하며, 자연재해로 인한 사망자 수는 홍수 다음으로 번개가 2위를 차지하고 있다.
번개로 인해 지상 물체(나무 포함)가 손상될 확률은 다음과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다.
- 해당 지역의 뇌우 활동 강도(기후 특성과 관련)
- 물체의 높이(높을수록 번개가 칠 확률이 높아짐)
- 물체와 그 아래에 있는 토양층의 전기 저항(물체와 그 아래에 있는 토양층의 전기 저항이 낮을수록 번개 방전 가능성이 높아집니다).
위에서 보면 나무가 종종 번개의 표적이 되는 이유가 분명합니다. 나무는 종종 부조의 지배적인 높이 요소입니다. 전기 저항이 낮은 깊은 토양층에 연결된 습기가 포화된 살아있는 나무는 종종 접지가 잘 된 나무를 나타냅니다. 천연 피뢰침.
모스크바 지역 일부 정착지의 뇌우 활동
소재지 |
연간 평균 뇌우 기간, 시간 |
1km²당 번개의 특정 밀도
|
뇌우 활동의 일반적인 특성 |
|---|---|---|---|
| 볼로콜람스크 |
40–60 |
4 |
높은 |
| 이스트라 |
40–60 |
4 |
높은 |
| 새 예루살렘 |
40–60 |
4 |
높은 |
| 파블로프스키 포사드 |
20–40 |
2 |
평균 |
| 모스크바 |
20–40 |
2 |
평균 |
| 가시라 |
20–40 |
2 |
평균 |
나무가 번개에 맞을 위험은 무엇입니까?
나무에 떨어진 낙뢰의 결과는 종종 그 자체와 근처 건물 모두에 파괴적이며, 그 순간 근처에 있는 사람들에게도 심각한 위협이 됩니다. 강력한 전하가 나무를 통과하면 강력한 열 방출과 줄기 내부의 폭발적인 수분 증발이 발생합니다. 이로 인해 표면 화상이나 균열부터 나무 줄기가 완전히 갈라지거나 나무에 불이 붙는 등 다양한 심각도의 손상이 발생합니다. 어떤 경우에는 트렁크 내부에 심각한 기계적 손상이 발생합니다 (세로 균열 또는 연륜을 따라 나무가 쪼개짐). 이는 외부 검사 중에는 거의 보이지 않지만 가까운 시일 내에 나무가 떨어질 위험이 크게 증가합니다. 종종 심각하지만 육안 검사에서는 눈에 띄지 않는 손상이 나무 뿌리에 발생할 수 있습니다.
번개 손상으로 인해 나무가 즉시 파괴되거나 죽지 않으면 나무가 받는 광범위한 부상으로 인해 부패, 혈관 질환과 같은 위험한 질병이 발생할 수 있으며 약화된 식물은 줄기 해충의 쉬운 먹잇감이 됩니다. 이로 인해 나무가 안전하지 않게 되거나 건조해질 수 있습니다.
나무(살아 있는 나무 포함)에 낙뢰가 닥치면 화재가 인근 건물로 번지는 경우가 많습니다. 때로는 피뢰침이 설치되어 있어도 나무의 측면 방전이 건물 벽으로 전달되는 경우가 있습니다. 마지막으로 영향을 받은 나무의 전위가 토양의 표면층으로 퍼져 건물 안으로 유입되거나 지하 유틸리티가 손상되거나 사람이나 애완동물이 감전사할 수 있습니다.
나무에 번개가 치면 긴급 상황이 발생하지 않더라도 심각한 물질적 피해를 초래할 수 있습니다. 결국, 그러한 나무의 안전성을 평가하거나, 특별한 관리를 하거나, 건조하거나 절망적으로 병든 나무를 간단히 제거하는 것조차 상당한 재료 비용과 관련될 수 있습니다.
때로는 피뢰침이 설치되어 있어도 나무의 측면 방전이 건물 벽으로 전달되는 경우가 있습니다.
규제 문제
따라서 특히 귀중한 나무(역사적이고 희귀한 조경 구성의 중심) 또는 주택 근처에서 자라는 나무에 대한 낙뢰 보호는 실질적으로 정당화될 수 있습니다. 그러나 우리나라에는 나무의 낙뢰 보호를 규정하거나 규제하는 규제 체계가 전혀 없습니다. 이러한 상황은 도시화된 환경에서 나무에 대한 낙뢰 피해와 관련된 위험에 대한 적절한 평가보다는 국내 규제 체계의 관성에 따른 결과일 가능성이 높습니다.
낙뢰 보호에 대한 현재의 주요 국내 표준은 1987년으로 거슬러 올라갑니다. 이 문서의 교외 지역의 낙뢰 보호에 대한 태도는 당시의 현실과 입장을 반영합니다. 대부분의 교외 건물의 물질적 가치는 낮았고 국가의 관심은 사유 재산보다는 공공 보호에 집중되었습니다. 또한 국내 표준 작성자는 교외 주택 건설 중에 건축 법규 및 규정이 준수된다는 가정에서 진행되었지만 항상 그런 것은 아닙니다. 특히, 나무 줄기에서 건물 벽까지의 최소 거리는 5m 이상이어야 하며, 교외 건설의 현실에서는 집이 나무 가까이에 위치하는 경우가 많습니다. 더욱이 그러한 나무의 소유자는 원칙적으로 나무 제거에 동의하기를 꺼립니다.
다른 국가에는 낙뢰 보호에 대한 표준이 있습니다. 예를 들어 미국 - 안시 A 300 부분 4 또는 영국 – 영국 표준 6651은 또한 나무의 낙뢰 보호를 규제합니다.
나무 줄기에서 건물 벽까지의 최소 거리는 5m 이상이어야 합니다.
보호는 언제 필요합니까?
어떤 경우에 나무의 낙뢰 보호에 대해 생각하는 것이 합리적입니까? 우리는 그러한 결정을 권장할 수 있는 요소를 나열합니다.
나무는 열린 공간에서 자라거나 주변 나무, 건물, 구조물 및 구호 요소보다 눈에 띄게 높게 자랍니다.. 높이가 높은 물체는 번개에 더 자주 맞습니다.
뇌우 활동이 활발한 지역. 뇌우 빈도가 높을수록 나무(및 기타 물체)가 손상될 가능성이 높아집니다. 뇌우 활동의 주요 특징은 연간 평균 뇌우 시간 수와 지표면에 대한 번개의 평균 특정 밀도(1km²당 연간 평균 번개 수)입니다. 후자의 지표는 연간 물체(나무 포함)에 대한 예상 낙뢰 피해 수를 계산하는 데 사용됩니다. 예를 들어 평균 뇌우 지속 시간이 연간 40~60시간인 지역(특히 모스크바 지역의 일부 지역)의 경우 높이 25m의 나무가 20년에 한 번씩 피해를 입을 것으로 예상할 수 있습니다.
저수지, 지하 샘, 현장의 높은 토양 수분 근처의 현장 위치 . 이러한 배열은 번개가 나무에 부딪힐 위험을 더욱 증가시킵니다.
키가 큰 나무는 건물에서 3m 이하로 자랍니다. 이러한 나무 배열은 번개가 칠 가능성에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 건물 근처에 있는 나무의 피해는 건물 자체는 물론 건물 안에 있는 사람들에게도 심각한 위협이 됩니다. 동시에, 측면 방전으로 인한 건물 손상 위험도 증가하고, 나무가 쓰러질 때 지붕이 손상될 위험도 매우 높으며, 불이 붙으면 건물까지 불이 퍼질 수 있습니다.
나뭇가지가 건물 지붕 위에 매달려 있고 벽, 캐노피, 홈통 또는 외관 장식 요소에 닿습니다.. 이 경우 건물 손상, 화재 및 배출물이 집으로 옮겨질 위험도 높아집니다.
나무는 번개에 자주 또는 정기적으로 맞는 수종입니다. . 일부 나무 종은 다른 종보다 번개에 맞을 가능성이 더 높습니다. 참나무는 번개에 가장 자주 맞습니다.
건물 옆에서 자라는 나무의 뿌리는 집으로 이어지는 지하 기초나 유틸리티에 닿을 수 있습니다.. 이 경우 나무가 번개에 맞으면 방전이 구내로 "운반"되거나 통신 손상(예: 관개 시스템 및 전기 네트워크 센서)이 발생할 가능성이 높아집니다.
건물의 낙뢰 보호 전문가는 독립형 피뢰침 설치를 권장하는 반면, 3~10m 거리에는 피뢰침 및 하향 도체 설치에 적합한 높이 및 기타 매개변수에 적합한 나무가 있습니다.. 별도의 마스트를 설치하는 것은 상당히 비쌀 수 있습니다. 많은 시골집 소유자에게 이러한 돛대는 미적으로 받아 들일 수 없습니다. 그리고 마지막으로, 건설 중에 나무 뿌리가 손상되지 않거나 가이 와이어가 사람들의 움직임을 방해하지 않는 방식으로 숲 지역에 마스트를 배치하는 것은 매우 어려울 수 있습니다.
특정 종의 보호되지 않은 나무의 손상에 대한 민감성
(표준에서 안시 A 300, 부분 4)
동작 원리
낙뢰 보호 시스템의 작동 원리는 번개 방전이 피뢰침에 의해 "차단"되고 인하 도체에 의해 안전하게 수행되며 접지를 통해 토양의 깊은 층으로 전달된다는 것입니다.
수목 낙뢰 보호 시스템의 구성 요소는 다음과 같습니다: 공기 터미널(하나 이상), 가공 인하 도체, 지하 인하 도체 및 여러 개의 접지 막대 또는 플레이트로 구성된 접지 시스템입니다.
우리는 자체 낙뢰 보호 계획을 개발할 때 건물 및 구조물의 낙뢰 보호에 대한 국내 표준과 나무의 낙뢰 보호에 관한 서구 표준을 결합해야 한다는 필요성에 직면했습니다. 이러한 조합이 필요한 이유는 현재 국내 표준에는 나무에 낙뢰 보호 시스템을 설치하는 것에 대한 권장 사항이 포함되어 있지 않고 이전 규정에는 나무의 건강에 위협이 되는 지침이 포함되어 있기 때문입니다. 동시에 목재에 시스템을 장착하는 방법과 설치 및 유지 관리 원리에 대한 자세한 정보가 포함된 미국 표준 ANSI A 300은 국내 표준에 비해 시스템의 전기 안전 요구 사항이 낮습니다.
낙뢰 보호 부품은 구리 또는 스테인레스 스틸로 만들어집니다. 이 경우 부식을 방지하기 위해 전도성 요소 간의 모든 연결 및 접촉에 선택한 재료 중 하나만 사용됩니다. 그러나 구리를 사용하는 경우 청동 고정 요소를 사용할 수 있습니다. 구리 구성 요소는 가격이 더 비싸지만 전도성이 더 높기 때문에 구성 요소가 더 작고 눈에 덜 띄며 시스템 설치 비용이 절감됩니다.
통계에 따르면 농촌지역에서 7번째 화재는 모두 낙뢰로 인해 발생하며, 자연재해로 인한 사망자 수는 홍수 다음으로 번개가 2위를 차지하고 있다.
시스템 구성요소
피뢰침은 끝이 닫힌 금속 튜브입니다. 하향 도체는 피뢰침 내부로 들어가 볼트로 부착됩니다.
퍼지는 크라운이 있는 나무의 경우 추가 전류 수집 장치가 필요할 수 있습니다. 이 경우 번개 방전이 피뢰침에서 멀리 떨어진 가지나 꼭대기에 부딪힐 수 있기 때문입니다. 나무에 금속 케이블을 기반으로 한 기계적 가지 지원 시스템이 있는 경우 낙뢰 보호를 수행할 때 나무도 접지해야 합니다. 이를 위해 볼트 접점을 사용하여 추가 전류 도체가 부착됩니다. 구리와 아연 도금 케이블이 직접 접촉하면 부식이 발생하므로 허용되지 않는다는 점을 고려해야 합니다.
피뢰침 및 추가 접점의 하향 도체는 특수 클램핑 접점 또는 볼트 연결을 사용하여 연결됩니다. ANSI A 300 표준에 따라 나무의 낙뢰 보호를 위해 다양한 직조의 견고한 강철 케이블 형태의 인하도체가 사용됩니다. 국내 표준에 따르면 구리 인하 도체의 최소 유효 단면적은 16mm²이고 강철 인하 도체의 최소 유효 단면적은 50mm입니다. 나무를 통해 도체를 놓을 때 날카로운 구부러짐을 피하는 것이 필요합니다. 900도 미만의 각도로 인하 도선을 구부리는 것은 허용되지 않으며, 구부림의 곡률 반경은 20cm 이상이어야 합니다.
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다운 컨덕터는 금속 클램프를 사용하여 트렁크에 부착되며 트렁크 나무에 수 센티미터 깊이 묻혀 있습니다. 클램프의 재질은 인하 도체에 연결될 때 접촉 부식을 일으키지 않아야 합니다. 도체를 와이어로 나무에 묶어 고정하는 것은 불가능합니다. 왜냐하면 줄기의 방사형 성장으로 인해 고리 부상이 발생하고 나무가 건조해지기 때문입니다. 트렁크 표면(스테이플로)에 다운 컨덕터를 단단하게 고정하면 트렁크 안으로 성장하여 시스템의 내구성과 안전성이 감소하고 광범위한 줄기 부패가 발생합니다. 시스템을 고정하는 최적의 옵션은 동적 클램프를 설치하는 것입니다. 이 경우 줄기의 직경이 커지면 나무 조직의 압력에 의해 케이블이 달린 홀더가 막대 끝까지 자동으로 눌려집니다. 클램프의 핀을 목재 속으로 몇 센티미터 깊게 만들고 이후에 목재로 부분적으로 캡슐화해도 실제로 아무런 해를 끼치 지 않습니다.
다운 컨덕터는 트렁크 아래로 베이스까지 내려가 트렌치에 묻혀 있습니다.
ANSI A 300 표준에 규정된 인하도체 지하 부분의 최소 도랑 깊이는 20cm이며, 도랑은 최대 뿌리 수를 유지하면서 수동으로 굴착됩니다. 뿌리 손상이 특히 바람직하지 않은 경우에는 특수 장비를 사용하여 트렌치를 건설해야 합니다. 예를 들어, 에어 나이프는 나무 줄기 영역에서 굴착 작업을 수행하도록 설계된 압축기 도구입니다. 강력하고 집중된 공기 흐름을 사용하는 이 장치는 가장 미세한 나무 뿌리까지 손상시키지 않고 토양 입자를 제거할 수 있습니다.
접지 장치의 유형 및 매개변수와 인하 도선이 접지 장치까지 연장되어야 하는 거리는 토양의 특성에 따라 결정됩니다. 이는 펄스 접지 저항을 필요한 수준(접지 전극에서 전류 펄스 확산에 대한 전기 저항)으로 줄여야 하기 때문입니다. 국내 표준에 따르면 사람들이 정기적으로 방문하는 장소에서는 이러한 저항이 10옴을 초과해서는 안 됩니다. 이 접지 저항 값은 지하 인하 도체 및 접지 전극에서 토양 표면으로의 전류 스파크 파괴를 배제하여 전류로 인한 사람, 건물 및 통신 손상을 방지해야 합니다. 접지 방식의 선택을 결정하는 주요 토양 지표는 토양 저항률, 즉 전류가 땅을 통과할 때 1m²의 두 면 사이의 저항입니다.
토양 저항이 높을수록 전하의 안전한 흐름을 보장하기 위해 접지 시스템이 더 광범위해야 합니다. 저항률이 낮은 토양(최대 300옴(양토, 점토, 습지))에서는 일반적으로 하향 도체로 연결된 두 개의 수직 접지봉으로 구성된 접지 시스템이 사용됩니다. 막대 사이의 거리는 최소 5m 이상 유지되며 막대의 길이는 2.5~3m, 막대 상단이 0.5m 오목하게 들어가 있습니다.
저항력 값이 높은 토양 (사질 양토, 모래, 자갈)에서는 다중 빔 접지 시스템이 사용됩니다. 가능한 접지 깊이를 제한하는 경우 접지판이 사용됩니다. 접지 신뢰성을 쉽게 검사하고 테스트할 수 있도록 접지 요소 위에 작은 우물이 설치됩니다.
토양 저항률은 일정한 값이 아니며 그 값은 토양 수분에 크게 좌우됩니다. 따라서 건기에는 접지 신뢰성이 저하될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 여러 가지 기술이 사용됩니다. 첫째, 가능할 때마다 접지봉을 급수 구역에 배치합니다. 둘째, 막대의 윗부분은 토양 표면에서 0.5m 아래에 묻혀 있습니다 (토양의 윗부분 0.5m가 가장 건조해지기 쉽습니다). 셋째, 필요한 경우 천연 수분 유지 성분인 벤토나이트를 토양에 첨가합니다. 벤토나이트는 미네랄 점토의 작은 콜로이드 입자로, 기공 공간이 수분을 잘 유지하고 토양 수분을 안정화시킵니다.
전기 저항이 낮은 깊은 토양층에 연결된 수분이 포화된 살아있는 나무는 종종 잘 접지된 천연 피뢰침 전도체를 나타냅니다.
흔한 실수
국내에서는 나무의 낙뢰 보호가 거의 사용되지 않으며 그럼에도 불구하고 수행되는 경우 설계 중에 여러 가지 심각한 실수가 발생합니다. 따라서 피뢰침으로는 일반적으로 금속 막대가 사용되며 와이어 또는 금속 고리를 사용하여 나무에 고정됩니다. 이 고정 옵션은 트렁크에 심각한 환형 부상을 초래하여 시간이 지남에 따라 나무가 완전히 건조됩니다. 다운 컨덕터가 나무 줄기 속으로 들어가면서 트렁크에 광범위하게 열린 세로 상처가 나타나는 경우에도 특정 위험이 발생합니다.
나무에 낙뢰 보호 장치를 설치하는 작업은 전기 기술자가 수행하므로 나무에 오르기 위해 일반적으로 나무에 심각한 부상을 입히는 금속 스파이크가 달린 부츠인 개프(아이젠)를 사용합니다.
불행히도 나무 왕관의 특징도 무시됩니다. 일반적으로 넓은 왕관이있는 다중 꼭대기 나무에 여러 개의 피뢰침을 설치해야 할 필요성은 고려되지 않으며 나무 가지의 구조적 결함도 고려되지 않습니다. 이로 인해 설치된 피뢰침으로 인해 상단이 파손되거나 떨어지는 경우가 많습니다.
나무의 낙뢰 보호는 일반적인 관행이라고 할 수 없습니다. 뇌우 활동이 보통 수준인 지역에서는 구현에 대한 징후가 매우 드뭅니다. 그럼에도 불구하고 나무의 낙뢰 보호가 필요한 경우 올바른 구현이 매우 중요합니다. 이러한 시스템을 설계하고 설치할 때 피뢰침 자체의 신뢰성뿐만 아니라 보호목에 대한 시스템의 안전성도 고려하는 것이 중요합니다.
낙뢰 보호의 최종 신뢰성은 재료, 접점 및 접지의 올바른 선택과 나무 자체의 안정성에 따라 달라집니다. 수관 구조의 특성, 방사형 성장 및 나무 뿌리 시스템의 위치를 고려해야만 신뢰할 수 있고 나무에 위험한 부상을 입히지 않는 낙뢰 보호 시스템을 만들 수 있습니다. 근처에 사는 사람들에게 불필요한 위험을 초래합니다.
러시아 연방 교육부
카잔 주립대학교
지리 및 생태학부
기상학과, 기후학과, 대기생태학과
P의 뇌우 활동레드카미에
코스 작업
3학년 학생, gr. 259 킴첸코 D.V.
과학 감독관 부교수 Tudriy V.D. ________
카잔 2007
콘텐츠
소개
1. 뇌우 활동
1.1. 뇌우의 특징
1.2. 뇌우, 인간과 국가 경제에 미치는 영향
1.3. 뇌우와 태양 활동
2. 초기 데이터 획득 및 처리 방법
2.1. 출발 물질 획득
2.2. 기본 통계 특성
2.3. 뇌우활동지수의 통계적 특성
2.4. 기본 통계 특성의 분포
2.5. 유행 분석
2.6. Wolf 수에 대한 뇌우 발생 일수의 회귀 의존성
결론
문학
응용
소개
적란운 구름과 그로부터의 강수량의 전형적인 발달은 대기 전기의 강력한 발현, 즉 구름이나 구름과 지구 사이의 다중 전기 방전과 관련이 있습니다. 이러한 스파크 방전을 번개라고 하며, 그에 수반되는 소리를 천둥이라고 합니다. 종종 단기적인 바람 증가(돌풍)를 동반하는 전체 과정을 뇌우라고 합니다.
뇌우는 국가경제에 큰 피해를 준다. 그들의 연구에 많은 관심이 집중되고 있습니다. 예를 들어, 1986-1990년 소련의 경제 및 사회 발전의 주요 방향입니다. 그리고 2000년까지의 기간 동안 주요 사건이 예상되었습니다. 그 중에서도 국가 경제에 위험한 기상 현상에 대한 연구와 뇌우, 관련 호우, 우박, 돌풍 등을 예측하는 방법을 개선하는 것이 특히 중요해졌습니다. 요즘에는 뇌우 활동 및 낙뢰 보호와 관련된 문제에도 많은 관심이 집중되고 있습니다.
우리와 외국의 많은 과학자들이 뇌우 활동에 참여했습니다. 200여년 전에 B. 프랭클린(B. Franklin)은 뇌우의 전기적 특성을 확립했으며, 200여년 전에 M.V. Lomonosov는 뇌우에서 전기 과정에 대한 최초의 이론을 도입했습니다. 그럼에도 불구하고 뇌우에 대한 만족스러운 일반 이론은 아직까지 존재하지 않습니다.
이 주제에 대한 선택은 우연이 아닙니다. 최근 뇌우활동에 대한 관심이 높아지고 있는데, 이는 여러 요인에 기인한다. 그중에는 뇌우 물리학에 대한 심층 연구, 뇌우 예측 개선 및 낙뢰 보호 방법 등이 있습니다.
이 과정의 목적은 Predkamye 지역의 다양한 기간과 지역에서 Wolf 수에 따른 뇌우 활동의 분포 및 회귀 의존성의 시간적 특징을 연구하는 것입니다.
교과목 목표
1. 뇌우 활동의 주요 특징인 10일 이산화된 뇌우 발생 일수와 태양 활동의 주요 특징인 Wolf 수에 대한 기술 매체에 대한 데이터 뱅크를 생성합니다.
2. 뇌우 체제의 주요 통계적 특성을 계산합니다.
3. 뇌우 발생 일수 추세에 대한 방정식을 구합니다.
4. Predkamye 및 Wolf 수에서 뇌우가 발생한 일수에 대한 회귀 방정식을 찾습니다.
제1장. 뇌우 활동
1.1 뇌우의 특성
뇌우의 주요 특징은 뇌우 발생 일수와 뇌우 빈도입니다.
뇌우는 특히 열대 위도 지역의 육지에서 흔히 발생합니다. 1년에 100~150일 이상 뇌우가 발생하는 지역이 있습니다. 열대 지방의 바다에서는 뇌우가 1년에 약 10~30일로 훨씬 적습니다. 열대 저기압은 항상 심한 뇌우를 동반하지만 교란 자체는 거의 관찰되지 않습니다.
고압이 우세한 아열대 위도에서는 뇌우가 훨씬 적습니다. 육지에서는 연간 20~50일, 바다에서는 5~20일 동안 뇌우가 발생합니다. 온대 위도에서는 육지에서는 10~30일, 바다에서는 5~10일 동안 뇌우가 발생합니다. 극지방에서는 뇌우가 고립된 현상입니다.
저위도에서 고위도로 뇌우 횟수가 감소하는 것은 온도 감소로 인해 위도에 있는 구름의 수분 함량이 감소하는 것과 관련이 있습니다.
열대 지방과 아열대 지방에서는 우기 동안 뇌우가 가장 자주 관찰됩니다. 육지 위의 온대 위도에서는 지역 기단의 대류가 강하게 발달하는 여름에 뇌우가 가장 많이 발생합니다. 겨울에는 온대 위도에서 뇌우가 발생하는 경우가 매우 드뭅니다. 그러나 바다 위에서는 따뜻한 물에 의해 아래에서 가열된 차가운 기단에서 발생하는 뇌우가 겨울에 가장 많이 발생합니다. 유럽 극서부(영국 제도, 노르웨이 해안)에서도 겨울 뇌우가 자주 발생합니다.
전 세계적으로 동시에 1,800번의 뇌우가 발생하고, 매초 약 100번의 번개가 치는 것으로 추정됩니다. 뇌우는 평야보다 산에서 더 자주 관찰됩니다.
1.2 뇌우가 사람과 국가 경제에 미치는 영향
뇌우는 가장 관찰력이 없는 사람도 알아차릴 수 있는 자연 현상 중 하나입니다. 그 위험한 영향은 널리 알려져 있습니다. 중요한 역할을 하지만 유익한 효과에 대해서는 알려진 바가 적습니다. 현재 뇌우 및 이와 관련된 위험한 대류 현상을 예측하는 문제는 기상학에서 가장 시급하고 어려운 문제 중 하나인 것 같습니다. 이를 해결하는 데 있어 가장 큰 어려움은 뇌우 분포의 불연속성, 뇌우와 뇌우 형성에 영향을 미치는 수많은 요인 간의 관계의 복잡성에 있습니다. 뇌우의 발생은 시간과 공간에 따라 매우 가변적인 대류의 발생과 관련이 있습니다. 뇌우 예측도 복잡하다. 종관 상황을 예측하는 것 외에도 고도에 따른 공기의 성층과 습도, 구름층의 두께, 상승 기류의 최대 속도를 예측해야 하기 때문이다. 인간 활동의 결과로 뇌우 활동이 어떻게 변하는지 아는 것이 필요합니다. 뇌우가 인간, 동물, 다양한 활동에 미치는 영향 낙뢰 보호와 관련된 문제는 기상학과도 관련이 있습니다.
뇌우의 본질을 이해하는 것은 기상학자에게만 중요한 것이 아닙니다. 실험실 규모에 비해 엄청난 양의 전기 과정을 연구하면 에어로졸 구름의 고전압 방전 및 방전 특성에 대한 보다 일반적인 물리 법칙을 확립할 수 있습니다. 구형 번개의 신비는 뇌우에서 발생하는 과정을 이해해야만 밝혀질 수 있습니다.
뇌우는 발생 원인에 따라 뇌우 내부 뇌우와 뇌우 뇌우로 구분됩니다.
매스 내부 뇌우는 두 가지 유형으로 관찰됩니다. 따뜻한 지구 표면으로 이동하는 차가운 기단과 여름에 과열된 땅(국지적 뇌우 또는 열 뇌우)입니다. 두 경우 모두 뇌우의 발생은 대류 구름의 강력한 발달, 결과적으로 대기 성층의 강한 불안정성 및 강한 수직 공기 이동과 관련이 있습니다.
정면 뇌우는 주로 찬 공기가 전진하면서 따뜻한 공기가 위쪽으로 밀려나는 한랭 전선과 관련이 있습니다. 여름에는 육지에서 온난전선과 연관되는 경우가 많습니다. 여름에 온난전선 표면 위로 상승하는 대륙성 따뜻한 공기는 성층이 매우 불안정하여 전선 표면에 강한 대류가 발생할 수 있습니다.
번개의 작용으로는 열적, 기계적, 화학적, 전기적 작용이 알려져 있습니다.
번개의 온도는 섭씨 8,000도에서 33,000도에 달하므로 환경에 미치는 열 영향이 큽니다. 예를 들어, 미국에서만 번개로 인해 매년 약 10,000건의 산불이 발생합니다. 그러나 어떤 경우에는 이러한 화재가 유익합니다. 예를 들어, 캘리포니아에서는 잦은 화재로 오랫동안 숲이 무성해졌습니다. 그 화재는 미미하고 나무에 해를 끼치지 않았습니다.
낙뢰 시 기계적 힘이 발생하는 이유는 낙뢰 전류가 흐르는 지점에서 발생하는 온도, 가스 및 증기의 압력이 급격히 증가하기 때문입니다. 예를 들어 번개가 나무에 부딪힐 때 나무 수액은 전류가 나무를 통과한 후 가스 상태로 변합니다. 더욱이 이러한 전환은 본질적으로 폭발적이어서 나무 줄기가 갈라집니다.
번개의 화학적 효과는 작으며 화학 원소의 전기 분해로 인해 발생합니다.
생명체에게 가장 위험한 행동은 전기적 작용입니다. 왜냐하면 이 행동의 결과로 번개가 쳐 생명체가 사망할 수 있기 때문입니다. 번개가 보호되지 않거나 제대로 보호되지 않은 건물이나 장비에 부딪히면 개별 물체에 고전압이 발생하여 사람이나 동물이 사망하게 됩니다. 이를 위해서는 사람이나 동물이 접촉하거나 근처에 있기만 하면 됩니다. 번개는 작은 뇌우 중에도 사람을 때리며 각각의 직접적인 타격은 일반적으로 그에게 치명적입니다. 간접 낙뢰 후에는 일반적으로 사람이 죽지 않지만, 이 경우에도 생명을 구하기 위해서는 적시에 도움이 필요합니다.
산불, 전력 및 통신선 손상, 항공기 및 우주선 손상, 석유 저장 시설 연소, 우박으로 인해 파괴된 농작물, 폭풍으로 인해 지붕이 찢겨짐, 낙뢰로 인해 사망한 사람 및 동물 - 이는 관련된 결과의 전체 목록이 아닙니다. 천둥번개를 동반한 상황입니다.
단 1년 동안 전 세계적으로 번개로 인한 피해액은 수백만 달러로 추산됩니다. 이와 관련하여 새롭고 더욱 발전된 낙뢰 보호 방법과 보다 정확한 뇌우 예측 방법이 개발되고 있으며, 이는 결국 뇌우 과정에 대한 보다 심층적인 연구로 이어집니다.
1.3 뇌우와 태양 활동
과학자들은 오랫동안 태양-지상 연결을 연구해 왔습니다. 그들은 논리적으로 태양을 복사 에너지의 원천으로만 간주하는 것만으로는 충분하지 않다는 결론에 도달했습니다. 태양 에너지는 대기, 수권 및 암석권 표면층에서 대부분의 물리화학적 현상의 주요 원천입니다. 당연히 이 에너지 양의 급격한 변동이 이러한 현상에 영향을 미칩니다.
취리히 천문학자 R. Wolf(R. Wolf, 1816-1893)는 태양 활동에 관한 데이터를 체계화하는 데 참여했습니다. 그는 산술 평균으로 흑점의 최대 및 최소 수, 즉 태양 활동의 최대 및 최소 기간이 11년이라고 결정했습니다.
최소점에서 최대점까지의 얼룩 형성 과정의 성장은 급격한 상승 및 하강, 이동 및 중단이 있는 점프에서 발생합니다. 점프는 지속적으로 증가하고 최대 순간에 가장 높은 값에 도달합니다. 반점의 출현과 소멸의 이러한 급격한 변화는 분명히 지구에 발생하는 많은 영향의 원인이 됩니다.
1849년 루돌프 볼프(Rudolf Wolf)가 제안한 태양 활동 강도의 가장 대표적인 특징은 울프 수(Wolf number) 또는 소위 취리히 흑점 수(Zurich sunspot number)입니다. 이는 W=k*(f+10g) 공식으로 계산됩니다. 여기서 f는 태양 디스크에서 관찰된 지점의 수, g는 이들에 의해 형성된 그룹의 수, k는 각 관찰자와 망원경에 대해 파생된 정규화 계수입니다. 그들이 찾아낸 Wolf Number의 상대값을 공유할 수 있도록 말이죠. f를 계산할 때 반그림자에 의해 인접한 코어로부터 분리된 각 코어("그림자")와 각 기공(반그림자가 없는 작은 지점)은 지점으로 간주됩니다. g를 계산할 때 개별 지점과 개별 기공도 그룹으로 간주됩니다.
이 공식을 통해 볼프 지수(Wolf index)는 태양 흑점 활동의 일반적인 특성을 나타내는 요약 지수라는 것이 분명해졌습니다. 태양 활동의 질적 측면을 직접적으로 고려하지 않습니다. 반점의 힘과 시간이 지남에 따른 안정성.
절대 Wolf 수, 즉 특정 관찰자가 계산하는 수는 흑점 그룹의 총 수(각 개별 흑점은 하나의 그룹으로 계산됨)와 단일 및 흑점 그룹의 총 수를 10으로 곱한 값의 합으로 결정됩니다. 상대 울프 수는 절대 울프 수에 각 관찰자와 망원경에 대해 결정되는 정규화 계수를 곱하여 결정됩니다.
흑점 수 계산이 시작된 16세기 중반부터 역사적 자료에서 복원된 이 정보를 통해 지난 달의 평균 늑대 수를 얻을 수 있었습니다. 이를 통해 당시부터 현재까지 태양 활동 주기의 특성을 파악할 수 있게 됐다.
태양의 주기적인 활동은 뇌우의 수와 강도에 매우 눈에 띄는 영향을 미칩니다. 후자는 일반적으로 천둥을 동반하는 대기 중 눈에 보이는 전기 방전입니다. 번개는 정전기 기계의 스파크 방전에 해당합니다. 뇌우의 형성은 물의 응축과 관련이 있습니다. 대기 중의 증기. 상승하는 기단은 단열적으로 냉각되며, 이러한 냉각은 종종 포화점 이하의 온도까지 발생합니다. 따라서 증기 응축이 갑자기 발생하고 물방울이 형성되어 구름이 생성될 수 있습니다. 반면에 증기 응축이 발생하려면 대기 중에 핵이나 응축 중심이 있어야 하며, 이는 우선 먼지 입자일 수 있습니다.
우리는 위에서 공기 상층부의 먼지 양이 부분적으로 태양의 흑점 형성 과정의 강도에 따라 결정될 수 있다는 것을 보았습니다. 게다가 태양 흑점이 태양 원반을 통과하는 기간 동안 태양에서 나오는 자외선 복사량도 증가합니다. 이 방사선은 공기를 이온화하고 이온도 응축핵이 됩니다.
그 다음에는 전하를 획득하는 물방울의 전기적 과정이 이어집니다. 이러한 전하를 일으키는 원인 중 하나는 물방울에 의한 가벼운 공기 이온의 흡착입니다. 그러나 이러한 흡착의 중요성은 부차적이며 매우 미미합니다. 또한 강한 전기장의 영향으로 개별 방울이 제트로 합쳐지는 것으로 나타났습니다. 결과적으로, 전계 강도의 변동과 그 부호의 변화는 액적에 특정 영향을 미칠 수 있습니다. 이것은 아마도 뇌우 중에 얼마나 높은 전하를 띤 물방울이 형성되는지를 보여줍니다. 강한 전기장으로 인해 방울에도 전기가 충전됩니다.
뇌우의 주기성에 대한 문제는 지난 세기 80년대 서양 문학에서 제기되었습니다. Zenger, Krassner, Bezold, Ridder 등과 같은 많은 연구자들이 이 문제를 명확하게 하기 위해 노력했습니다. 따라서 Bezold는 뇌우의 11일 주기를 지적한 다음 1800-1887년 남부 독일의 뇌우 현상 처리를 지적했습니다. . 25.84일의 기간을 받았습니다. 1900년 Ridder는 1891년부터 1894년까지 Ledeberg에서 뇌우 빈도에 대해 두 가지 기간, 즉 27.5일과 33일을 발견했습니다. 이 기간 중 첫 번째 기간은 축을 중심으로 태양이 회전하는 기간에 가깝고 달의 열대 기간(27.3)과 거의 일치합니다. 동시에 뇌우의 주기성과 흑점 형성 과정을 비교하려는 시도가 이루어졌습니다. 뇌우 횟수의 11년 기간은 스위스의 Hess에 의해 발견되었습니다.
러시아에서 D. O. Svyatsky는 뇌우의 주기성에 대한 연구를 바탕으로 광대한 유럽 러시아에 대한 소위 뇌우 파동의 재발 기간이 모두 명확하게 표시되는 표와 그래프를 얻었습니다. 첫 번째는 24-26입니다. 두 번째 - 26~28일 동안 뇌우 현상과 흑점 활동 사이의 연관성이 밝혀졌습니다. 그 결과 기간은 매우 현실적이어서 여름 몇 달 전에 그러한 "뇌우 파도"의 통과 일정을 잡는 것이 가능해졌습니다. 오류는 1~2일 이상 지속되지 않으며 대부분의 경우 완전한 일치가 이루어집니다.
Faas가 최근 몇 년간 수행한 뇌우 활동 관측 처리에 따르면 소련 유럽 지역 전체에서 26일과 13일(반주기)의 기간이 매년 가장 자주 발생하는 것으로 나타났습니다. 첫 번째 값은 축을 중심으로 한 태양의 회전에 매우 가까운 값입니다. 태양 활동에 대한 모스크바의 뇌우 현상의 의존성에 대한 연구는 최근 A.P. Moiseev에 의해 수행되었습니다. Moiseev는 1915년부터 1926년까지 흑점과 뇌우의 형성을 주의 깊게 관찰한 결과 뇌우의 수와 강도가 다음과 같다는 결론에 도달했습니다. 평균적으로 태양의 중심 자오선을 통과하는 흑점의 면적과 직접적으로 일치합니다. 뇌우는 흑점의 수가 증가함에 따라 더 자주 발생하고 강화되었으며, 태양 원반의 중앙을 통과하는 큰 흑점 그룹이 통과한 후 가장 큰 강도에 도달했습니다. 따라서 뇌우 빈도 곡선의 장기간 경로와 흑점 수 곡선의 경로는 매우 잘 일치합니다. 그런 다음 Moiseev는 또 다른 흥미로운 사실, 즉 시간별 뇌우의 일일 분포를 조사했습니다. 첫 번째 일일 최대치는 현지 시간으로 오후 12~13시에 발생합니다. 그런 다음 14-15시에는 약간 감소하고 15-16시에는 최대치가 발생한 다음 곡선이 감소합니다. 아마도 이러한 현상은 태양으로부터의 직접적인 복사와 공기의 이온화 및 온도 변화와 관련이 있습니다. Moiseev의 연구에 따르면 태양 활동이 최대일 때와 최소일 때 뇌우 활동이 가장 강하고 최대일 때 훨씬 더 두드러진다는 것이 분명합니다. 이는 뇌우 빈도의 최소값이 태양 활동의 최대값과 일치한다는 Betzold와 Hess가 지지하는 입장과 다소 모순됩니다. Faas는 1996년 뇌우를 다루면서 뇌우 활동이 큰 뇌우의 경과에 따라 증가하는지 여부에 특별한 주의를 기울였다는 것을 나타냅니다. 태양의 중심 자오선을 통과하는 흑점. 1926년에는 긍정적인 결과가 나오지 않았지만 1923년에는 현상들 사이에 매우 밀접한 연관성이 관찰되었습니다. 이는 최대 연도 동안 흑점이 적도에 더 가깝게 모여 태양 원반의 겉보기 중심 근처를 통과한다는 사실로 설명할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 그들이 지구에 미치는 영향이 가장 크다고 간주되어야 합니다. 많은 연구자들이 뇌우의 다른 기간을 찾으려고 노력했지만 우리가 사용할 수 있는 물질의 뇌우 활동 변동은 여전히 식별하기가 너무 어렵고 일반적인 패턴을 확립하는 것이 불가능합니다. 어쨌든 이 질문은 시간이 지남에 따라 점점 더 많은 연구자들의 관심을 끌었습니다.
뇌우의 횟수와 강도는 사람과 그의 재산에 특정한 방식으로 반영됩니다. 따라서 Budin이 인용 한 통계 데이터에 따르면 번개로 인한 최대 사망 수는 태양 활동의 최대 스트레스 기간에 해당하고 최소 흑점 기간에는 최소 수년에 해당한다는 것이 분명합니다. 동시에 러시아 산림 관리인 Tyurin은 대량 물질에 대해 수행한 연구에 따르면 브라이언스크 산림 지역의 화재가 1872년, 1860년, 1852년, 183b, 1810년, 1797년, 1776년 및 1753년에 자발적인 성격을 띠었다고 지적합니다. 북부 숲에서는 평균 20년의 주기도 확인할 수 있으며 북부의 산불 날짜는 대부분 표시된 날짜와 일치합니다. 이는 동일한 원인의 영향을 보여줍니다. 태양 활동이 최대로 이루어지는 해에 속합니다. 뇌우 활동의 일일 과정과 번개로 인한 화재 횟수의 일일 과정에서도 좋은 관계가 관찰된다는 점을 알 수 있습니다.
제2장. 초기 데이터 획득 및 처리 방법
2.1 출발물질 획득
이 작업은 타타르스탄 공화국의 Tetyushi(1940-1980), Laishevo(1950-1980), Kazan-Opornaya(1940-1967), Kaybitsy(1940-1967), Arsk(1940) 등 7개 관측소의 뇌우 활동에 대한 기상 데이터를 사용했습니다. -1980 ), Agryz(1955-1967) 및 Kazan State University의 기상 관측소(1940-1980). 데이터는 10일 샘플링으로 제공됩니다. 10년당 뇌우가 발생한 일수를 뇌우 활동의 지표로 삼았습니다. 태양 활동에 대한 월간 데이터는 물론 1940~1980년의 Wolf 수치입니다.
표시된 연도의 데이터를 기반으로 뇌우 활동 지수의 주요 통계 특성을 계산했습니다.
2.2 기본 통계 특성
기상학은 대기 과정에 존재하는 패턴을 명확하게 하기 위해 분석해야 하는 엄청난 양의 관측을 다룹니다. 따라서 대규모 관측을 분석하기 위한 통계적 방법은 기상학에서 널리 사용됩니다. 강력한 현대 통계 방법을 사용하면 사실을 보다 명확하게 제시하고 사실 간의 관계를 더 잘 발견하는 데 도움이 됩니다.
시계열의 평균값은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
? = ?Gi/N
여기서 1< i
?І = ?(Gi - ?)2 / N, 여기서 1< i
? = ?(Gi - ?)2 / N, 여기서 1< i
또한 비대칭성과 첨도는 기상량을 특성화하는 데 사용됩니다.
평균값이 모드보다 크면 빈도 분포가 양의 편향을 보인다고 합니다. 평균이 모드보다 작으면 음의 비대칭입니다. 비대칭 계수는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
A = ?(Gi - ?)3 / N?3, 여기서 1< i
동일한 평균값을 갖는 빈도 분포의 경우 첨도 값이 비대칭성에 따라 다를 수 있습니다.
E = ?(Gi-?)? /N?? , 여기서 1< i
상관계수는 상관관계가 있는 두 계열 간의 관계를 나타내는 값입니다.
상관계수 공식은 다음과 같습니다.
R = ?((Xi-X)*(Yi-Y))/ ?x?y
여기서 X와 Y는 평균값이고, ?x와 ?y는 표준편차입니다.
상관계수의 속성:
1. 독립변수의 상관계수는 0이다.
2. 상관계수는 x와 y에 임의의 상수(임의가 아닌) 항을 추가해도 변하지 않으며, x와 y의 값에 양수(상수)를 곱해도 변하지 않습니다.
3. x와 y에서 정규화된 값으로 이동할 때 상관 계수는 변경되지 않습니다.
4. 변경 범위는 -1에서 1까지입니다.
연결의 신뢰성을 확인할 필요가 있으며, 상관계수와 0의 차이에 대한 유의성을 평가할 필요가 있습니다.
경험적 R에 대해 곱 ¦R¦vN-1이 특정 임계값보다 큰 것으로 판명되면 신뢰성 S를 사용하여 상관 계수가 신뢰할 수 있을 것이라고 주장할 수 있습니다(0과 확실히 다름).
상관 분석을 사용하면 테스트 중에 관찰되고 측정된 무작위 변수의 변화에 대한 유의성(비임의성)을 확립할 수 있으며 특성 간의 기존 연결의 형태와 방향을 결정할 수 있습니다. 그러나 상관 계수나 상관 비율은 연관된 요인 특성이 변경될 때 다양하고 효과적인 특성이 얼마나 변할 수 있는지에 대한 정보를 제공하지 않습니다.
상관관계가 있을 때 한 특성의 값을 기반으로 다른 특성의 기대값을 찾을 수 있는 함수를 회귀라고 합니다. 회귀에 대한 통계적 분석을 회귀분석이라고 합니다. 이는 질량 현상에 대한 더 높은 수준의 통계 분석입니다. 회귀 분석을 사용하면 X를 기반으로 Y를 예측할 수 있습니다.
Yx-Y=(Rxy* ?y*(X-X))/ ?x (2.1)
Xy-X=(Rxy* ?x*(Y-Y))/ ?y (2.2)
여기서 X와 Y는 평균에 해당하고, Xy와 Yx는 부분 평균, Rxy는 상관 계수입니다.
방정식 (2.1)과 (2.2)는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
Yx=a+by*X(2.3)
Xy=a+bx*Y (2.4)
선형 회귀 방정식의 중요한 특징은 평균 제곱 오차입니다. 다음과 같습니다:
방정식 (2.3)의 경우 Sy= ?y*v1-RIxy (2.5)
방정식(2.4)의 경우 Sx= ?x*v1-RIxy(2.6)
회귀 오류 Sx 및 Sy를 사용하면 실제 회귀선 Yx(또는 Xy)가 위치하는 선형 회귀의 가능한(신뢰) 영역을 결정할 수 있습니다. 인구 회귀선.
제3장 계산 분석
3.1 주요 통계특성의 분포
Predkamye의 7개 관측소에서 뇌우가 발생한 일수의 통계적 특성을 살펴보겠습니다(표 1-7). 겨울에는 뇌우가 발생하는 일수가 매우 적기 때문에 이 작업에서는 4월부터 9월까지의 기간을 고려합니다.
테츄시역:
4월에는 3번째 10일 기간에 최대 10일 평균값이 관찰됩니다. = 0.20. 모든 수십 년의 모달 값은 0이므로 뇌우 활동이 약합니다. 3번째 10년에도 최대 분산과 표준편차가 관찰되나요? 2 =0.31; ? =0.56. 비대칭성은 두 번째 10년 동안 A = 4.35로 유난히 큰 값을 갖는 것이 특징입니다. 또한 20번째 10년에는 첨도 E = 17.79의 큰 값이 있습니다.
5월에는 열 유입 증가로 인해 뇌우 활동이 증가합니다. 30년 동안 관찰된 최대 10일 평균값은 다음과 같습니다. =1.61. 모든 수십 년의 모달 값은 0입니다. 3번째 10년에 분산 및 표준편차의 최대값이 관찰됩니까? 2 =2.59; ?=1.61. 비대칭 및 첨도 값은 첫 번째 10년에서 세 번째로 감소합니다(첫 번째 10년에는 A = 1.23; E = 0.62; 세 번째 10년에는 A = 0.53; E = -0.95).
6월에는 세 번째 10일 기간에 평균 10일 값의 최대값이 발생합니까? = 2.07. 4월과 5월에 비해 분산 및 표준편차 값이 증가했습니다. 두 번째 10년에 최대(?2 = 23.37; ? = 1.84), 첫 번째 10년에 최소(?2 = 1.77; ? = 1.33) . 처음 20년 동안의 모달 값은 0과 같고, 세 번째 10년에서는 M=2였습니다. 모든 10년의 비대칭성은 30년 동안 크고 긍정적입니다. 처음 20년 동안의 첨도는 작은 값을 특징으로 하며, 세 번째 10년 동안 그 값은 E = 0.67로 증가했습니다.
7월 10일 평균 최고치? 두 번째 10년에는 =2.05입니다. 처음 20년 동안의 모달 값은 각각 1과 2이고, 세 번째 0은 0입니다. 분산과 표준편차의 최대값은 두 번째 10년에 관찰되며 그 양은? 2=3.15 및?=1.77, 각각 처음 10일 동안의 최소값은 무엇입니까? 2=1.93 및?=1.39 각각. 비대칭성은 크고 양수 값이 특징입니다. 첫 번째 10년의 최대값 A = 0.95, 두 번째 10년의 최소값 A = 0.66. 두 번째 및 세 번째 10년의 첨도는 작으며 두 번째 10년에는 음수 값을 갖습니다. 첫 번째 10년에는 최대 E = 1.28이고 두 번째 10년에는 최소 E = -0.21입니다.
8월에는 뇌우 활동이 감소합니다. 처음 10일 동안 가장 높은 10일 평균 값이 관찰됩니까? =1.78, 가장 작은 것은 3번째? =0.78. 첫 번째와 세 번째 10년의 모달 값은 두 번째 - 1의 0과 같습니다. 분산 및 표준 편차 값은 감소합니다. 첫 번째 10년 동안 최대값(?2 = 3.33; ?=1.82), 세 번째 10년 동안 최소값(?2 = 1.23; ?=1.11)입니다. 첫 번째 10년에서 세 번째까지 비대칭 및 첨도 값이 약간 증가합니다. 세 번째 10년의 최대값 A = 1.62, E = 2.14, 두 번째 10년의 최소값 A = 0.40, E = -0.82입니다.
9월의 10일 평균 최고치는? =0.63은 매월 처음 10일 동안입니다. 모달 값은 0입니다. 첫 번째 10년에서 세 번째까지 분산 및 표준 편차 값이 감소합니다(? 2 =0.84; ? =0.92 - 첫 번째 10년 및 ? 2 =0.11;? =0.33 - 세 번째).
위 내용을 요약하면 뇌우 활동이 증가함에 따라 모드, 분산 및 표준 편차와 같은 통계적 특성 값이 증가한다는 결론을 내립니다. 최대 값은 6월 말~7월 초에 관찰됩니다(그림 1).
그림 1
반대로 비대칭성과 첨도는 뇌우 활동이 최소인 기간(4월, 9월)에 가장 큰 값을 가지며, 뇌우 활동이 최대인 기간에는 비대칭성과 첨도가 큰 값을 나타내지만 4월과 9월에 비해 작은 것이 특징입니다. 그림 2).
그림 2
최대 뇌우 활동은 6월 말~7월 초에 관찰되었습니다(그림 3).
그림 3
이들 관측소에서 계산된 통계값을 이용해 구축한 그래프를 바탕으로 나머지 관측소를 분석해보자.
라이쉐보 역:
그림은 뇌우가 발생한 10일 평균 일수를 보여줍니다. 그래프는 6월 말과 7월 말에 발생하는 두 개의 최대 뇌우 활동이 있음을 보여줍니다(각각 ?=2.71 및 ?=2.52). 또한 급격한 증가와 감소를 볼 수 있는데, 이는 이 지역의 기상 조건이 매우 다양하다는 것을 나타냅니다(그림 4).
그림 4
모드, 분산 및 표준편차는 뇌우 활동이 가장 활발한 기간인 6월 말부터 7월 말까지의 기간에 가장 큽니다. 최대 분산은 7월 셋째 10일에 관찰되었으며 그 양은? 2= 4.39(그림 5).
그림 5
비대칭성과 첨도는 4월 둘째 10일에 가장 큰 값을 갖습니다(A = 5.57; E = 31). 최소한의 뇌우 활동 중. 그리고 최대 뇌우 활동 기간 동안에는 낮은 값(A = 0.13; E = -1.42)이 특징입니다(그림 6).
그림 6
크잔 지원 스테이션:
이 관측소에서는 뇌우 활동이 원활하게 증가하고 감소합니다. 최대값은 6월 말부터 8월 중순까지 지속되며 절대값은 τ=2.61입니다(그림 7).
그림 7
모달 값은 이전 방송국에 비해 상당히 뚜렷합니다. M=3의 두 가지 주요 최대값은 6월 세 번째 10일과 7월 두 번째 10일에 관찰됩니다. 동시에, 분산 및 표준편차는 최대값에 도달합니다(α2 = 3.51; β = 1.87)(그림 8).
그림 8
최대 비대칭성과 첨도는 4월 둘째 10일(A=3.33; E=12.58)과 9월 셋째 10일(A=4.08; E=17.87)에 관찰됩니다. 최소값은 7월 셋째 10일에 관찰되었습니다(A=0.005; E=-1.47)(그림 9).
그림 9
카이비츠시 역:
6월 둘째 10일의 최대 평균값은? = 2.79입니다. 뇌우 활동의 급격한 증가와 완만한 감소가 관찰됩니다(그림 10).
쌀. 10
모달 값은 6월 둘째 10일의 최대값 M=4를 취합니다. 동시에 분산과 표준편차도 최대이다(α2=4.99, β=2.23)(Fig. 11).
그림 11
비대칭성과 첨도는 4월 둘째 10일(A=4.87; E=24.42)과 9월 셋째 10일(A=5.29; E=28.00)에 유난히 큰 값이 나타나는 것이 특징입니다. 최소값은 6월 첫 10일에 관찰되었습니다(A = 0.52; E = -1.16)(그림 12).
그림 12
아르스크 역:
이 관측소에서는 6월 두 번째 10일과 7월 세 번째 10일에 발생하는 두 번의 최대 뇌우 활동이 관찰됩니다. = 2.02(그림 13).
그림 13
최대 분산 및 표준 편차는 6월 둘째 10일에 발생하며 이는 뇌우 활동 평균값의 최대치(?2 = 3.97; ? = 1.99)와 일치합니다. 뇌우 활동의 두 번째 최대값(7월 세 번째 10일)에는 분산 및 표준 편차의 큰 값(γ2 = 3.47; δ = 1.86)도 동반됩니다(그림 14).
그림 14
4월 첫 10일에는 비대칭성과 첨도 값이 유난히 큽니다(A=6.40; E=41.00). 9월에도 이 값은 큰 값(9월 셋째 10일 A=3.79, E=13.59)이 특징이다. 최소값은 7월 둘째 10일입니다(A = 0.46; E = -0.99)(그림 15).
그림 15
아그리즈 역:
이 관측소의 표본 크기가 작기 때문에 조건부로 번개 활동만 판단할 수 있습니다.
뇌우 활동의 급격한 변화가 관찰됩니다. 최대값은 7월 셋째 10일에 도달합니다. = 2.92(그림 16).
그림 16
모달의 의미가 잘 표현되어 있습니다. M=2의 3개의 최대값은 5월 셋째 10일, 6월 셋째 10일, 7월 둘째 10일에 관찰됩니다. 분산과 표준편차는 각각 6월의 두 번째 10일과 7월의 세 번째 10일에 발생하는 두 개의 주요 최대값을 가지며 동일합니까? 2 =5.08; ? =2.25 그리고? 2 =4.91; τ=2.22, 각각(그림 17).
그림 17
4월 10일 전체에서 비대칭성과 첨도 값이 유난히 큽니다(A=3.61; E=13.00). 두 가지 주요 최소값: 5월 둘째 10일(A=0.42; E=-1.46)과 7월 첫째 10일(A=0.50; E=-1.16)(그림 18).
그림 18
KGU 역:
평균값의 최대값은 6월 둘째 10일에 발생하며 ?=1.90입니다. 뇌우 활동의 원활한 증가 및 감소도 확인할 수 있습니다(그림 19).
그림 19
모드는 6월 둘째 10일(M=2)과 7월 첫째 10일(M=2)에 최대값에 도달합니다. 분산과 표준편차는 7월 셋째 10일에 가장 큰 값을 취합니다(?2=2.75; ?=1.66)(그림 20).
그림 20
4월과 9월에는 비대칭성과 첨도가 매우 큰 값을 갖는 것이 특징입니다. 4월 첫 10일 동안 - A = 6.40; E=41.00, 9월 셋째 10일 - A=4.35; E=17.79. 비대칭성과 첨도의 최소값은 7월 둘째 10일입니다(A = 0.61; E = -0.48)(그림 21).
그림 21
3.2 추세 분석
시계열의 무작위가 아닌 천천히 변화하는 구성 요소를 추세라고 합니다.
자료처리 결과 월별 자료에 대한 7개 관측소에서 추세방정식을 얻었다(표 8~14). 계산은 5월, 7월, 9월의 3개월 동안 수행되었습니다.
테츄시 관측소에서는 봄과 가을에 뇌우 활동이 증가하고 7월에 뇌우 활동이 감소하는 것이 장기간에 걸쳐 나타났습니다.
역에서 5월 Laishevo에서는 장기간에 걸쳐 뇌우 활동이 증가하고(b = 0.0093) 7월과 9월에는 감소합니다.
Kazan-Opornaya, Kaybitsy 및 Arsk 관측소에서 계수 b는 3개월 모두에서 양수이며 이는 뇌우의 증가에 해당합니다.
역에서 Agryz는 표본 크기가 작기 때문에 뇌우 활동 강도의 변화 성격에 대해 이야기하기 어렵지만 5월과 7월에는 감소하고 9월에는 뇌우가 증가하는 것을 알 수 있습니다. 활동.
5월과 7월에 카잔 주립대학교 역에서 계수 b는 양수이고 9월에는 마이너스 기호가 있습니다.
계수 b는 관측소에서 7월에 최대입니다. Kaybitsy(b=0.0577), 최소 - 7월 역에서. Laishevo.
3.3 Wolf 수에 대한 뇌우 일수의 회귀 의존성 분석
여름의 중심 달인 7월(표 15)에 대해 계산이 수행되었으므로 표본은 1940년부터 1980년까지 N = 7월 40일이었습니다.
적절한 계산을 수행한 결과 다음과 같은 결과를 얻었습니다.
모든 관측소에서 계수 a에 대한 신뢰 확률은 사실상 0입니다. 대부분의 관측소에서 계수 b에 대한 신뢰 확률도 0과 거의 다르지 않으며 0.23?b?1.00 범위에 있습니다.
스테이션을 제외한 모든 스테이션의 상관계수입니다. Agryz는 음수이고 r=0.5 값을 초과하지 않으며, 이들 관측소에서의 결정 계수는 r 2 =20.00 값을 초과하지 않습니다.
역에서 Agryz 상관계수는 양수이고 가장 큰 r = 0.51, 신뢰 확률 r 2 = 25.90입니다.
결론
그 결과 약 등...........
뇌운은 어떻게 형성되나요?
뇌운에 대해 무엇을 알고 있나요?
평균적으로 뇌운의 직경은 20km이고 수명은 30분인 것으로 알려져 있습니다. 다양한 추정에 따르면 어느 순간이든 지구상에는 1800~2000개의 뇌운이 존재합니다. 이는 매년 지구상에서 100,000번의 뇌우가 발생하는 것과 같습니다. 그 중 약 10%는 매우 위험해집니다.
일반적으로 대기는 불안정해야 합니다. 지구 표면 근처의 기단은 더 높은 층에 위치한 공기보다 가벼워야 합니다. 이는 기본 표면과 그로부터 나오는 기단이 따뜻해지고 가장 일반적으로 높은 습도가 존재할 때 가능합니다. 아마도 몇 가지 역동적인 이유 때문에 차가운 기단이 상부 층으로 유입되는 것 같습니다. 결과적으로 대기에서는 더 따뜻하고 습한 공기가 부력을 얻어 위로 돌진하고 상층의 더 차가운 입자가 가라앉습니다. 이러한 방식으로 지구 표면이 태양으로부터 받는 열은 대기의 대기층으로 전달됩니다. 이러한 대류를 자유라고합니다. 대기 전선 지역, 산에서는 기단 상승의 강제 메커니즘에 의해 강화됩니다.
상승하는 공기에 포함된 수증기는 냉각 및 응결되어 구름을 형성하고 열을 방출합니다. 구름은 위쪽으로 자라서 음의 온도가 관찰되는 고도에 도달합니다. 일부 구름 입자는 얼어붙고 다른 입자는 액체 상태로 유지됩니다. 둘 다 전기 요금이 있습니다. 얼음 입자는 일반적으로 양전하를 띠고 액체 입자는 일반적으로 음전하를 띤다. 입자는 계속해서 성장하고 중력장에 정착하기 시작하여 침전이 형성됩니다. 공간 요금이 누적됩니다. 구름의 상단에는 양전하가 형성되고 하단에는 음전하가 형성됩니다(실제로 더 복잡한 구조가 언급되며 4개의 공간 전하가 있을 수 있으며 때로는 반대일 수도 있습니다). 전계 강도가 임계 값에 도달하면 방전이 발생합니다. 우리는 번개를 보고 얼마 후 그로부터 나오는 음파나 천둥 소리를 듣습니다.
일반적으로 뇌운은 수명주기 동안 형성, 최대 발달 및 소멸의 세 단계를 거칩니다.
첫 번째 단계에서는 상승하는 공기의 움직임으로 인해 적운이 위쪽으로 성장합니다. 적운은 아름다운 하얀 탑처럼 보입니다. 이 단계에서는 강수량이 없지만 번개가 발생할 가능성도 배제할 수 없습니다. 이 작업은 약 10분 정도 소요될 수 있습니다.
최대 발전 단계에서는 구름의 상승 움직임이 여전히 계속되지만 동시에 강수량은 이미 구름에서 떨어지기 시작하고 강한 하향 움직임이 나타납니다. 그리고 이렇게 하향 냉각된 강수 흐름이 땅에 도달하면 돌풍 전선, 즉 돌풍선이 형성됩니다. 구름이 최대로 발달하는 단계는 폭우, 우박, 잦은 번개, 돌풍, 토네이도가 발생할 가능성이 가장 높은 시기입니다. 구름의 색깔은 대개 어둡습니다. 이 단계는 10~20분 동안 지속되지만 더 길어질 수도 있습니다.
결국 강수량과 하강 기류가 구름을 침식하기 시작합니다. 지구 표면에서 돌풍의 선은 구름에서 멀리 떨어져 따뜻하고 습한 공기의 공급원을 차단합니다. 비의 강도는 줄어들고 있지만 번개는 여전히 위험합니다.
완전한 예측 불가능성과 엄청난 힘으로 인해 번개(번개 방전)은 수많은 에너지 시설에 잠재적인 위험을 초래합니다. 현대과학은 많은 양의 이론정보와 실무자료를 축적해왔습니다. 번개 보호뇌우 활동을 통해 산업 및 민간 에너지 인프라의 낙뢰 보호와 관련된 심각한 문제를 해결할 수 있습니다. 이 글에서는 물리적인 것에 대해 다룬다. 뇌우 현상의 본질번개의 행동에 대한 지식은 효과적인 번개 보호를 준비하고 변전소를 위한 통합 접지 시스템을 만드는 데 유용할 것입니다.
번개와 뇌운의 성질
중위도의 따뜻한 계절에는 사이클론이 이동하는 동안 습도가 충분하고 상승 기류가 강한 경우 뇌우 방전(번개)이 자주 발생합니다. 이 자연 현상의 이유는 뇌운에 대기 전기(하전 입자)가 엄청나게 집중되어 있기 때문입니다. 상승 기류가 있는 경우 구름의 여러 부분에 하전 입자가 축적되면서 음전하와 양전하의 분리가 발생합니다. 오늘날 전력시설의 포괄적인 낙뢰 보호 및 접지의 설계 및 생성에 직접적인 영향을 미치는 가장 중요한 요소로서 대기전력 및 뇌운의 대전에 관한 여러 가지 이론이 있습니다.
현대 개념에 따르면, 구름에서 하전 입자가 형성되는 것은 지구 근처에 음전하를 갖는 전기장이 존재하는 것과 관련이 있습니다. 행성 표면 근처의 전기장 강도는 100V/m입니다. 이 값은 거의 모든 곳에서 동일하며 측정 시간과 장소에 의존하지 않습니다. 지구의 전기장은 대기 중에 끊임없이 움직이는 자유 하전 입자의 존재로 인해 발생합니다.
예를 들어, 공기 1cm3에는 600개 이상의 양전하 입자와 동일한 수의 음전하 입자가 있습니다. 지구 표면에서 멀어짐에 따라 공기 중의 하전 입자 밀도가 급격히 증가합니다. 지면에 가까울수록 공기의 전기 전도도는 무시할 수 있지만 이미 80km 이상의 고도에서는 전기 전도도가 3,000,000,000(!)배 증가하여 담수의 전도도와 동일해집니다. 비유를 하면, 첫 번째 근사치로 우리 행성은 공 모양의 거대한 축전기에 비유될 수 있습니다.
이 경우 지구 표면과 지구 표면 위 80km 고도에 집중된 공기층을 덮개로 사용합니다. 전기 전도성이 낮은 80km 두께의 대기 일부는 절연체 역할을 합니다. 가상 커패시터의 플레이트 사이에는 최대 200kV의 전압이 발생하고 전류는 최대 1,400A가 될 수 있습니다. 이러한 커패시터는 약 300,000kW(!)라는 놀라운 전력을 가지고 있습니다. 지구 표면으로부터 1~8km 고도에 있는 행성의 전기장에서는 하전 입자가 응축되고 뇌우 현상이 발생하는데, 이는 전자기 환경을 악화시키고 에너지 시스템의 임펄스 소음의 원인이 됩니다.
뇌우 현상은 정면 뇌우와 열 뇌우로 분류됩니다. 그림에서. 그림 1은 열 뇌우의 출현을 보여주는 다이어그램입니다. 태양 광선의 강렬한 조사 결과로 지구 표면이 뜨거워집니다. 열 에너지의 일부는 대기로 전달되어 하층을 가열합니다. 따뜻한 기단은 팽창하여 더 높이 올라갑니다. 이미 2km의 고도에서 습기가 응축되고 뇌운이 나타나는 저온 영역에 도달합니다. 이 구름은 전하를 운반하는 미세한 물방울로 구성됩니다. 일반적으로 뇌운은 더운 여름날 오후에 형성되며 크기가 상대적으로 작습니다.
정면 뇌우는 온도가 다른 두 기류가 정면에서 충돌할 때 형성됩니다. 온도가 낮은 공기의 흐름은 땅에 가까워지고 따뜻한 기단이 위로 돌진합니다 (그림 2). 뇌운은 습한 공기가 응축되는 낮은 온도의 고도에서 형성됩니다. 정면 뇌우는 상당히 길 수 있으며 상당한 지역을 덮을 수 있습니다.
동시에 배경 전자기 환경이 눈에 띄게 왜곡되어 전기 네트워크에 임펄스 노이즈가 발생합니다. 이러한 전선은 5~150km/h 이상의 속도로 이동합니다. 열뇌우와 달리 정면뇌우는 거의 24시간 내내 활동하며, 낙뢰 보호 시스템과 효과적인 접지가 갖춰져 있지 않은 산업 시설에 심각한 위험을 초래합니다. 찬 공기가 전기장 내에서 응축되면 극성을 띠는 물방울이 형성됩니다(그림 3). 물방울의 아래쪽에는 양전하가 있고 위쪽에는 음전하가 있습니다.
상승하는 기류로 인해 물방울이 분리됩니다. 작은 물방울은 위로 올라가고 큰 물방울은 아래로 떨어집니다. 방울이 위쪽으로 이동함에 따라 방울의 음전하 부분은 양전하를 끌어당기고 음전하를 밀어냅니다. 결과적으로 방울은 양전하를 띠게 됩니다. 점차적으로 양전하를 수집합니다. 아래로 떨어지는 방울은 음전하를 끌어당겨 떨어지면서 음전하를 띠게 됩니다.
뇌운에서 하전 입자의 분할은 비슷한 방식으로 발생합니다. 양으로 하전된 입자는 상층에 축적되고 음으로 하전된 입자는 하층에 축적됩니다. 뇌운은 사실상 전도체가 아니므로 전하는 한동안 유지됩니다. 구름의 더 강한 전기장이 "맑은 날씨" 전기장에 영향을 미치는 경우 해당 위치에서 방향이 변경됩니다(그림 4).
구름 덩어리 내 하전 입자의 분포는 매우 고르지 않습니다.
어떤 지점에서는 밀도가 최대값을 갖고 다른 지점에서는 작은 값을 갖습니다. 많은 수의 전하가 축적되고 25-30 kV/cm 정도의 임계 강도로 강한 전기장이 형성되는 곳에서는 번개가 형성되기에 적합한 조건이 발생합니다. 번개 방전은 좋은 전기 전도체인 전극 사이의 간격에서 관찰되는 스파크와 유사합니다.
대기의 이온화
대기는 질소, 산소, 불활성 가스 및 수증기의 혼합물로 구성됩니다. 이러한 가스의 원자는 강력하고 안정적인 결합으로 결합되어 분자를 형성합니다. 각 원자는 양전하를 띠는 양성자의 핵입니다. 음전하를 띤 전자(“전자 구름”)가 핵 주위를 회전합니다.
양적으로 말하면, 핵의 전하와 전자의 총 전하는 서로 같습니다. 이온화하는 동안 전자는 원자(분자)를 떠납니다. 대기 이온화 과정에서 양이온(전자가 있는 핵)과 음이온(자유 전자)이라는 2개의 하전 입자가 형성됩니다. 많은 물리적 현상과 마찬가지로 이온화에는 공기 이온화 에너지라고 하는 일정량의 에너지가 필요합니다.
2개의 전도성 전극으로 형성된 공기층에 충분한 전압이 발생하면 모든 자유 하전 입자는 전계 강도의 영향을 받아 규칙적으로 움직이기 시작합니다. 전자의 질량은 핵의 질량보다 몇 배 (10,000 ~ 100,000 배) 적습니다. 결과적으로 자유전자가 공기층의 전기장 내에서 이동할 때, 이 하전입자의 속도는 핵의 속도보다 훨씬 빠릅니다. 상당한 운동량을 지닌 전자는 분자에서 새로운 전자를 쉽게 제거하여 이온화를 더욱 강렬하게 만듭니다. 이 현상을 충격 이온화라고 합니다(그림 5).
그러나 모든 충돌로 인해 분자에서 전자가 제거되는 것은 아닙니다. 어떤 경우에는 전자가 핵에서 멀리 떨어진 불안정한 궤도로 이동합니다. 이러한 전자는 충돌하는 전자로부터 에너지의 일부를 받아 분자의 여기를 유발합니다(그림 6).
여기된 분자의 "수명" 기간은 10~10초에 불과하며, 그 후 전자는 이전의 에너지적으로 더 안정적인 궤도로 돌아갑니다.
전자가 안정된 궤도로 돌아오면 여기된 분자는 광자를 방출합니다. 광자는 특정 조건에서 다른 분자를 이온화할 수 있습니다. 이 과정을 광이온화라고 합니다(그림 7). 고에너지 우주선, 자외선파, 방사성 방사선 등 다른 광이온화 소스도 있습니다(그림 8).
일반적으로 공기 분자의 이온화는 고온에서 발생합니다. 온도가 증가함에 따라 열(혼돈) 운동에 참여하는 공기 분자와 자유 전자는 더 높은 에너지를 획득하고 서로 더 자주 충돌합니다. 이러한 충돌의 결과는 열 이온화라고 불리는 공기의 이온화입니다. 그러나 하전 입자가 자신의 전하를 중화(재결합)할 때 역과정이 발생할 수도 있습니다. 재결합 과정에서 강렬한 광자 방출이 관찰됩니다.
스트리머 형성 및 코로나 방전
대전된 플레이트 사이의 에어 갭의 전기장 강도가 임계값으로 증가하면 충격 이온화가 발생할 수 있으며 이는 펄스 고주파 간섭의 일반적인 원인입니다. 그 본질은 다음과 같습니다. 하나의 분자가 전자에 의해 이온화되면 두 개의 자유 전자와 하나의 양이온이 나타납니다. 후속 충돌로 인해 4개의 자유 전자와 양전하를 띤 3개의 이온이 나타납니다.
따라서 이온화는 엄청난 수의 자유 전자와 양이온의 형성을 동반하는 눈사태와 같은 특성을 갖습니다(그림 9 및 10). 양이온은 음극 근처에 축적되고, 음전하를 띤 전자는 양극쪽으로 이동합니다.
이온화 과정에서 자유 전자는 이온에 비해 더 큰 이동성을 얻으므로 후자는 조건부로 움직이지 않는 입자로 간주될 수 있습니다. 전자가 양극으로 이동하면 남아있는 양전하가 전기장의 상태에 강한 영향을 미치므로 강도가 증가합니다. 많은 수의 광자는 양극 근처 공기의 이온화를 가속화하고 반복적인 눈사태의 원인이 되는 2차 전자의 형성에 기여합니다(그림 11).
그 결과 발생하는 2차 눈사태는 양전하가 집중되는 양극 쪽으로 이동합니다. 자유 전자는 양의 공간 전하를 뚫고 플라즈마가 위치한 다소 좁은 채널(스트리머)을 형성합니다. 우수한 전도성으로 인해 스트리머는 양극을 "확장"하는 동시에 자유 전자의 산사태 형성 과정이 가속화되고 전계 강도가 더욱 증가하여(그림 13 및 14) 스트리머의 머리 부분으로 이동합니다. . 추가 전자는 양이온과 혼합되어 다시 플라즈마가 형성되어 스트리머 채널이 길어집니다.
쌀. 13. 전기장 강도의 증가는 광이온화의 증가를 동반하며 새로운 하전 입자의 산사태를 생성합니다.
스트리머가 자유 간격을 채운 후, 공간의 초강력 열 이온화와 플라즈마 채널의 초전도성을 특징으로 하는 방전 스파크 단계가 시작됩니다(그림 15).
설명된 스트리머 형성 과정은 균일한 전기장을 특징으로 하는 작은 간격에 유효합니다. 그러나 그 형태에 따라 모든 전기장은 균질, 약간 불균일, 강한 불균질로 구분됩니다.
- 균일한 전기장 내에서 자기장 선을 따른 강도는 일정한 값을 갖는 것이 특징입니다. 예를 들어, 평행판 커패시터 유형의 중간 부분에 전기장이 있습니다.
- 약하게 불균일한 필드에서 필드 라인을 따라 측정된 강도 값은 2~3배 이하로 차이가 나며, 이러한 필드는 약하게 불균일한 것으로 간주됩니다. 예를 들어, 2개의 구형 스파크 갭 사이의 전기장 또는 차폐 케이블의 쉘과 코어 사이에서 발생하는 전기장입니다.
- 전기장은 강도가 크게 증가하여 전자기 환경이 심각하게 악화되는 경우 매우 불균일하다고 합니다. 산업용 전기 설비에서 일반적으로 전기장은 모양이 매우 불균일하므로 장치의 전자기 호환성을 검사해야 합니다.
고도로 불균일한 장에서 이온화 과정은 양극 또는 음극 근처에서 수집됩니다. 따라서 방전은 스파크 단계에 도달할 수 없으며, 이 경우 전하가 코로나 형태로 형성됩니다(“코로나 방전”). 전계 강도가 더욱 증가하면 에어 갭에 스트리머가 형성되고 스파크 방전이 발생합니다. 따라서 간격의 길이가 1m이면 스파크 방전은 약 10kV/cm의 전계 강도에서 발생합니다.
번개 방전의 리더 형태
수 미터 크기의 에어 갭으로 인해 신흥 스트리머는 본격적인 방전을 개발하기에 충분한 전도성을 갖지 않습니다. 깃발이 움직이면 번개 방전이 형성되어 리더 형태를 취합니다. 리더라고 불리는 채널의 일부는 열적으로 이온화된 입자로 채워져 있습니다. 상당량의 하전 입자가 리더 채널에 집중되어 있으며 그 밀도는 스트리머의 평균보다 훨씬 높습니다. 이 속성은 스트리머를 형성하고 리더로 전환하는 데 좋은 조건을 제공합니다.
쌀. 16. 스트리머 이동 과정과 부정적인 리더의 출현(AB – 초기 눈사태, CD – 형성된 스트리머).
그림에서. 그림 16은 네거티브 리더의 출현에 대한 고전적인 계획을 보여줍니다. 자유 전자의 흐름은 음극에서 양극으로 이동합니다. 음영처리된 원뿔은 전자의 눈사태를 보여주며, 방출된 광자의 궤적은 물결선 형태로 표시됩니다. 각 사태에서 전자가 충돌하면 공기가 이온화되고, 결과적으로 생성된 광자는 다른 공기 분자를 이온화합니다. 이온화는 대량의 특성을 띠고 수많은 눈사태가 하나의 채널로 합쳐집니다. 광자의 속도는 3*108m/s이고 눈사태 앞부분에서 자유롭게 움직이는 전자의 속도는 1.5*105m/s입니다.
스트리머의 발전은 전자의 눈사태의 발전보다 더 빠르게 발생합니다. 그림에서. 그림 16은 첫 번째 눈사태가 거리 AB를 이동하는 동안 전체 길이를 따라 초전도성을 갖는 스트리머 채널이 세그먼트 CD에 형성됨을 보여줍니다. 표준 깃발은 106-107m/s의 평균 속도로 움직입니다. 자유 전자의 농도가 충분히 높으면 스트리머 채널에서 강렬한 열 이온화가 발생하여 플라즈마 구성 요소가 있는 선형 구조인 리더가 나타납니다.
리더가 이동하면 끝 부분에 새로운 스트리머가 형성되며 나중에 이 스트리머도 리더가 됩니다. 그림에서. 그림 17은 불균일한 전기장이 있는 에어 갭에서 네거티브 리더의 발달을 보여줍니다. 리더는 스트리머 채널을 따라 이동합니다(그림 17a). 스트리머의 채널이 리더로 전환된 후 새로운 눈사태가 발생합니다.
쌀. 17. 장기간에 걸친 네거티브 리더의 형성 및 개발 계획.
전자 사태는 공극 전체를 통해 이동하고(그림 17b), 새로운 스트리머가 형성됩니다(그림 17c). 일반적으로 스트리머는 임의의 궤적을 따라 이동합니다. 낮은 전기장 강도(1,000~2,000V/cm)에서도 긴 공극에서 번개 방전이 형성되므로 리더는 상당한 거리를 빠르게 커버할 수 있습니다.
리더가 반대 전극에 도달하면 번개 방전의 리더 단계가 종료되고 역(주)방전 단계가 시작됩니다. 이 경우 전자기파가 리더의 채널을 따라 지구 표면에서 전파되어 리더의 잠재력이 0으로 감소합니다. 따라서, 번개 방전이 통과하는 전극 사이에 초전도 채널이 형성됩니다.
번개 방전의 발달 단계
번개 발생 조건은 전하 입자의 축적과 전기장의 강도가 임계값에 도달한 뇌운 부분에서 형성됩니다. 이 시점에서 충격 이온화가 발생하고 전자 눈사태가 형성된 다음 광 및 열 이온화의 영향으로 깃발이 나타나 리더로 변합니다.
a – 시각적 표시; b – 현재 특성.
번개의 길이는 수백 미터에서 수 킬로미터에 달합니다(번개 방전의 평균 길이는 5km입니다). 리더 유형의 개발 덕분에 번개는 몇 분의 1초 내에 상당한 거리를 이동할 수 있습니다. 인간의 눈은 번개를 흰색, 밝은 분홍색 또는 밝은 파란색의 하나 이상의 밝은 줄무늬로 구성된 연속 선으로 봅니다. 실제로 번개 방전은 리더 단계와 역방전 단계라는 두 단계를 포함하는 여러 가지 충격입니다.
그림에서. 그림 18은 번개 펄스의 시간 스윕을 보여줍니다. 이는 계단 형태로 발전하는 첫 번째 펄스의 리더 스테이지 방전을 보여줍니다. 평균적으로 스테이지 라인은 50미터이고 인접한 스테이지 사이의 지연은 30-90μs에 이릅니다. 평균 리더 전파 속도는 105~106m/s입니다.
리더 개발의 단계적 형태는 선두 스트리머를 형성하는 데 시간이 걸린다는 사실(단계 간 일시 중지)로 설명됩니다. 후속 펄스는 이온화된 채널을 따라 이동하며 명확한 화살표 모양의 리더 스테이지를 갖습니다. 리더가 지구 표면의 첫 번째 펄스에 도달하면 전하가 이동하는 이온화된 채널이 나타납니다. 이때 뇌방전 2단계(역방전)가 시작된다.
주방전은 뇌운과 지면 사이의 공간을 관통하는 연속적으로 밝게 빛나는 선(선형 번개)의 형태로 볼 수 있습니다. 주 방전이 구름에 도달한 후에는 플라즈마 채널의 빛이 감소합니다. 이 단계를 잔광이라고 합니다. 한 번의 번개 방전에서는 최대 20번의 반복 펄스가 관찰되며 방전 자체의 지속 시간은 1초 이상에 이릅니다.
10개 중 4개 사례에서는 다중 번개 방전이 관찰되어 에너지 네트워크에 임펄스 잡음을 유발합니다. 평균적으로 3~4개의 충동이 관찰됩니다. 반복되는 펄스의 특성은 뇌운에 남아 있는 전하가 플라즈마 채널로 점진적으로 유입되는 것과 관련이 있습니다.
낙뢰 방전의 선택적 작용
리더 채널이 막 발달하기 시작하면 헤드 부분의 전계 강도는 리더의 전하량과 뇌운 아래에 위치한 체적 하전 입자의 축적량에 따라 결정됩니다. 방전의 우선순위 방향은 최대 전계 강도에 따라 달라집니다. 상당한 고도에서 이 방향은 리더 채널에 의해서만 결정됩니다(그림 19).
번개 방전의 리더 채널이 지구 표면을 향해 이동하면 전기장은 지구 자기장과 대규모 지상 기반 전력 시설에 의해 왜곡됩니다. 번개 리더의 최대 강도 값과 전파 방향은 자체 전하와 지상에 집중된 전하 및 인공 구조물에 의해 결정됩니다 (그림 20).
지표면 위의 리더 머리 높이 H는 리더의 전기장에 상당한 영향을 미치며, 이동 방향을 변경할 수 있는 지상 및 전력 시설에 상당량 축적된 전하장에 의해 나타납니다. 리더를 번개 방전 방향 높이라고 합니다.
리더 채널에 더 많은 전하가 있을수록 번개 궤적의 변화가 나타날 수 있는 높이가 높아집니다.
그림 21은 지표면에서 뇌운까지의 주 방전의 이동과 리더가 지표면(평면)을 향해 전파되는 것을 보여줍니다.
번개 방전이 고층 지상 구조물(전력선 지지대 또는 타워)을 향해 뇌운에서 지표면으로 확산되는 리더 방전을 향해 이동하면 지상 지지대에서 카운터 리더가 발생합니다(그림 22). 이 경우 주 방전은 리더 간의 연결 지점에서 발생하여 양방향으로 이동합니다.
쌀. 22. 금속 지지체에 낙뢰 방전이 발생했을 때의 리더단(상)과 주방전단(하)의 전개도
번개가 형성되는 과정은 번개방전의 구체적인 위치가 리더단에서 결정되는 것을 보여준다. 뇌운 바로 아래에 고층 지상 구조물(예: 텔레비전 타워 또는 전력선 지지대)이 있는 경우 신흥 리더는 최단 경로, 즉 위쪽으로 확장되는 리더를 향해 지상으로 이동합니다. 지상 구조에서.
실제 경험을 바탕으로 효과적인 접지가 있고 전기를 잘 전도하는 전력 시설에 번개가 가장 자주 발생한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 동일한 높이에서 접지가 더 좋고 전기 전도성이 높은 물체에 번개 방전이 발생합니다. 전력 시설의 높이가 다르고 그 옆의 토양도 저항률이 다른 경우 번개는 전도성이 더 좋은 토양에 있는 낮은 물체에 부딪힐 수 있습니다(그림 23).
쌀. 23. 낙뢰 방전의 선택적 감수성: 전기 전도성이 높은 토양(a); 전도성이 감소된 토양(b).
이 사실은 리더 단계의 개발 중에 전도 전류가 전도성이 증가한 경로를 따라 흐르므로 특정 영역에서 리더와 관련된 전하가 집중된다는 사실로 설명할 수 있습니다. 결과적으로 신흥 리더의 전기장에 대한 지구 표면의 전하 전기장의 영향이 증가합니다. 이것은 번개의 선택성을 설명합니다. 일반적으로 전도성이 높은 토양 지역과 지상 인공 구조물이 가장 자주 영향을 받습니다. 실제로 고전압 전력선에서는 낙뢰가 엄격하게 정의된 장소에 위치한 지지대의 1/3 이하로 떨어지는 것으로 확인되었습니다.
낙뢰 방전에 의한 지상 물체의 선택적 손상 이론은 낙뢰 보호 및 변전소의 전력 시설 접지 배치에서 실질적인 확인을 얻었습니다. 전도성이 낮은 지역은 번개에 맞을 가능성이 훨씬 적습니다. 그림에서. 그림 24는 낙뢰가 발생하기 전 지면과 뇌운 사이의 전기장을 보여줍니다.
뇌운의 전기장 강도가 점진적으로 변화함에 따라 토양의 전도성은 구름의 전기장이 변할 때 전하 수의 균형을 보장합니다. 번개 방전 중에 전계 강도가 너무 빨리 변하기 때문에 토양의 전도성이 낮기 때문에 전하 재분배가 발생할 시간이 없습니다. 개별 장소에 전하가 집중되면 특정 장소와 뇌운 사이의 전계 강도가 증가하므로(그림 25), 번개 방전이 선택적으로 이러한 장소에 부딪힙니다.
이는 유사한 조건에서 번개가 항상 토양의 전기 전도성이 증가하는 장소에 부딪히는 번개 방전 선택성 이론을 명확하게 확인합니다.
번개의 주요 매개변수
낙뢰 전류를 특성화하기 위해 다음 매개변수가 사용됩니다.
- 낙뢰 전류 펄스의 최대값.
- 낙뢰 전류 전선의 가파른 정도.
- 현재 펄스의 앞부분의 지속 시간입니다.
- 전체 펄스 지속 시간.
뇌격 전류 펄스의 지속 시간은 복귀 방전이 지면과 뇌운 사이의 거리(20~100μs)를 이동하는 데 필요한 시간입니다. 낙뢰 전류 펄스의 앞부분은 1.5~10μs 범위입니다.
낙뢰 전류 펄스의 평균 지속 시간은 50μs입니다. 이 값은 차폐 케이블의 절연 강도를 테스트할 때 낙뢰 전류 임펄스의 표준 값입니다. 케이블은 직접적인 낙뢰를 견뎌야 하며 절연의 무결성을 유지해야 합니다. 낙뢰 전압 펄스에 노출되었을 때 절연 강도를 테스트하기 위해(테스트는 GOST 1516.2-76에 의해 규제됨) 그림 1에 표시된 표준 낙뢰 전압 전류 펄스가 채택됩니다. 26(계산의 편의를 위해 실제 정면은 동등한 경사 정면으로 축소됨).
펄스 과전압 스캔의 수직축에는 0.3 Umax 및 0.9 Umax와 동일한 레벨에서 제어점이 표시되어 직선으로 연결됩니다. 이 직선과 시간 축 및 Umax에 접하는 수평 직선의 교차점을 통해 펄스 Tf의 지속 시간을 결정할 수 있습니다. 표준 낙뢰 충격의 값은 1.2/50입니다. 여기서 Tf=1.2 µs, Ti=50 µs(전체 펄스 지속 시간)입니다.
번개 펄스의 또 다른 중요한 특성은 펄스 전면의 전압 전류 증가율(전면 경사도, A*μs)입니다. 표 1은 평평한 지형에 대한 낙뢰 방전의 주요 매개변수를 보여줍니다. 산에서는 평원의 값과 비교하여 번개 전류 변동의 진폭이 거의 2배 감소합니다. 이는 산이 구름에 더 가깝기 때문에 산악 지역에서는 뇌운의 하전 입자 밀도가 훨씬 낮은 경우 번개가 발생하여 번개 전류의 진폭 값이 감소하기 때문입니다.
표에 따르면 번개가 고전압 전력선 지지대에 부딪히면 200kA가 넘는 엄청난 전류가 생성됩니다. 그러나 상당한 전류를 유발하는 이러한 번개 방전은 극히 드물게 관찰됩니다. 100kA를 초과하는 전류는 전체 번개 방전 횟수의 2% 미만에서 발생하고 150kA를 초과하는 전류는 0.5% 미만에서 발생합니다. 전류의 진폭 값에 따른 뇌격 전류의 진폭 값의 확률 분포는 그림 1에 나와 있습니다. 27. 모든 번개 방전의 약 40%는 20kA를 초과하지 않는 전류를 가지고 있습니다.
쌀. 28. 낙뢰 전류 펄스 전면의 가파른 확률 분포 곡선(%). 곡선 1 – 평평한 지역용; 곡선 2 – 산악 환경용.
전력 설비에서 발생하는 임펄스 노이즈 및 과전압 수준은 낙뢰 방전의 펄스 전류 전면의 실제 가파른 정도에 따라 달라집니다. 가파른 정도는 넓은 범위에 걸쳐 다양하며 낙뢰 전류의 진폭 값과 약한 상관 관계를 갖습니다. 그림에서. 그림 28은 평야(곡선 1)와 산(곡선 2)에서 정면 뇌격 전류 펄스의 가파른 수준의 확률 분포를 보여줍니다.
번개 전류의 영향
다양한 물체를 통해 낙뢰 전류가 통과하는 동안 후자는 기계적, 전자기적 및 열적 영향을 받습니다.
상당한 열 발생으로 인해 작은 단면의 금속 도체(예: 퓨즈 링크 또는 전신선)가 파손될 수 있습니다. 도체의 용융 또는 증발이 발생하는 낙뢰 전류 Im(kA)의 임계값을 결정하려면 다음 공식을 사용합니다.
k – 도체 재료(구리 300...330, 알루미늄 200...230, 강철 115...440)에 따른 특정 계수.
Q – 도체 단면적, mm2;
tm은 낙뢰 전류 펄스의 지속 시간, μs입니다.
전력설비에 낙뢰가 방전되는 동안 안전을 보장하는 도체(피뢰침)의 최소 단면적은 28mm2입니다. 최대 전류 값에서 유사한 단면의 강철 도체는 몇 마이크로초 내에 최대 수백도까지 가열되지만 무결성을 유지합니다. 번개 채널에 노출되면 금속 부품이 3-4mm 깊이까지 녹을 수 있습니다. 전력선의 낙뢰 보호 케이블에서 개별 전선의 파손은 낙뢰 채널과 케이블 사이의 접촉점에서 낙뢰 방전에 의한 소손으로 인해 종종 발생합니다.
이러한 이유로 강철 피뢰침은 단면적이 큽니다. 피뢰침 케이블의 단면적은 최소 35mm2이고 피뢰침의 단면적은 최소 100mm2입니다. 낙뢰 채널이 가연성 및 가연성 물질(목재, 짚, 연료 및 윤활제, 기체 연료 등)에 영향을 미치면 폭발 및 화재가 발생할 수 있습니다. 낙뢰 전류의 기계적 영향은 낙뢰 보호 및 적절한 접지가 부족한 목재, 벽돌 및 석조 구조물의 파괴에서 나타납니다.
나무 전력선 기둥이 쪼개지는 것은 나무의 내부 구조를 통해 이동하는 번개 전류가 수증기를 많이 방출하여 그 압력으로 나무 섬유를 끊는다는 사실로 설명됩니다. 비가 오는 날씨에는 건조한 날씨보다 나무가 쪼개지는 현상이 적습니다. 젖은 목재는 전도성이 더 좋기 때문에 번개 전류는 목재 구조물에 심각한 손상을 주지 않고 주로 목재 표면을 따라 전달됩니다.
번개 방전 중에 최대 3cm 두께, 최대 5cm 너비의 나무 조각이 나무 지지대에서 찢어지는 경우가 많으며 어떤 경우에는 번개가 수직 기둥과 접지되지 않은 지지대의 횡단을 절반으로 쪼개는 경우도 있습니다. 이 경우 절연체의 금속 요소(볼트 및 후크)가 제자리에서 날아가 땅에 떨어집니다. 어느 날, 번개가 너무 강해서 높이 30m 정도의 거대한 포플러가 작은 칩 더미로 변했습니다.
좁은 균열과 작은 구멍을 통과하는 번개 방전은 심각한 파괴를 일으킵니다. 예를 들어 낙뢰 전류는 전력선에 설치된 관형 어레스터를 쉽게 변형시킵니다. 고전적인 유전체(석재 및 벽돌)도 강력한 방전으로 인해 파괴적인 영향을 받기 쉽습니다. 남은 전하가 갖는 정전기 충격력은 벽이 두꺼운 벽돌과 석조 건물을 쉽게 파괴할 수 있습니다.
주요 낙뢰 방전 단계에서 낙뢰 지점 근처에서 에너지 시설의 도체 및 금속 구조물에 임펄스 간섭 및 과전압이 발생합니다. 이는 에너지 물체의 접지를 통과하여 고주파 임펄스 소음과 상당한 전류를 생성합니다. 전압 강하가 1,000kV 이상에 도달합니다. 번개 방전은 뇌운과 지면 사이뿐만 아니라 개별 구름 사이에서도 발생할 수 있습니다. 이러한 번개는 전력 시설의 인력 및 장비에 완전히 안전합니다. 동시에 지면에 도달하는 번개 방전은 사람과 기술 장치에 심각한 위험을 초래합니다.
러시아 연방의 뇌우 활동
우리나라의 여러 지역에서는 뇌우 활동의 강도가 크게 다릅니다. 북부 지역은 가장 약한 뇌우 활동을 경험합니다. 남쪽으로 이동함에 따라 뇌우 활동이 증가하는데, 이는 뇌우가 발생한 일수가 특징입니다. 러시아 연방 영토에서 뇌우 1일 동안 뇌우의 평균 지속 시간은 1.5~2시간입니다. 러시아 연방의 모든 지점에 대한 뇌우 활동은 기상 관측소의 장기 관측 데이터를 기반으로 작성된 뇌우 활동의 특수 기상 지도를 사용하여 설정됩니다(그림 29).
번개에 관한 흥미로운 사실:
- 뇌우 활동이 연간 30시간인 지역에서는 평균적으로 2년마다 지구 표면 제곱킬로미터당 1번의 낙뢰가 발생합니다.
- 우리 행성의 표면은 매초마다 100번이 넘는 번개를 경험합니다.