Zibensnovedēji kokiem. Zibensizlādes veidošanās Zibens strāvu ietekme

Pērkona negaiss - kas tas ir? No kurienes nāk zibeņi, kas lauž visas debesis, un draudīgi pērkona dārdi? Pērkona negaiss ir dabiska parādība. Zibens, ko sauc par zibeni, var veidoties mākoņos (cumulonimbus) vai starp un mākoņiem. Tos parasti pavada pērkons. Zibens ir saistīts ar stiprām lietusgāzēm, stipriem vējiem un bieži vien ar krusu.

Aktivitāte

Pērkona negaiss ir viens no bīstamākajiem, cilvēki, no kuriem iespēris zibens, izdzīvo tikai atsevišķos gadījumos.

Tajā pašā laikā uz planētas darbojas aptuveni 1500 pērkona negaisu. Izlādes intensitāte tiek lēsta simts zibens sekundē.

Pērkona negaisu sadalījums uz Zemes ir nevienmērīgs. Piemēram, virs kontinentiem to ir 10 reizes vairāk nekā virs okeāna. Lielākā daļa (78%) zibens izlādes koncentrējas ekvatoriālajā un tropiskajā zonā. Īpaši bieži pērkona negaiss ir Centrālāfrikā. Bet polārie reģioni (Antarktīda, Arktika) un zibens stabi ir praktiski neredzami. Pērkona negaisa intensitāte, izrādās, ir saistīta ar debesu ķermeni. Vidējos platuma grādos tā maksimums ir pēcpusdienas (dienas) stundās, vasarā. Bet minimums reģistrēts pirms saullēkta. Svarīgas ir arī ģeogrāfiskās iezīmes. Visspēcīgākie pērkona negaisu centri atrodas Kordiljerās un Himalajos (kalnu reģionos). Arī ikgadējais "vētraino dienu" skaits Krievijā ir atšķirīgs. Murmanskā, piemēram, ir tikai četri, Arhangeļskā - piecpadsmit, Kaļiņingradā - astoņpadsmit, Sanktpēterburgā - 16, Maskavā - 24, Brjanskā - 28, Voroņežā - 26, Rostovā - 31, Sočos - 50, Samarā - 25 , Kazaņa un Jekaterinburga - 28, Ufa - 31, Novosibirska - 20, Barnaula - 32, Čita - 27, Irkutska un Jakutska - 12, Blagoveščenska - 28, Vladivostoka - 13, Habarovska - 25, Južno-Sahalas 7 Petročalovska - 1.

Pērkona negaisa attīstība

Kā tas notiek? veidojas tikai noteiktos apstākļos. Augšupejošu mitruma plūsmu klātbūtne ir obligāta, savukārt jābūt struktūrai, kurā viena daļiņu frakcija atrodas ledus, otra - šķidrā stāvoklī. Konvekcija, kas novedīs pie pērkona negaisa attīstības, notiks vairākos gadījumos.

Virsmas slāņu nevienmērīga sildīšana. Piemēram, virs ūdens ar ievērojamu temperatūras starpību. Virs lielajām pilsētām pērkona negaisa intensitāte būs nedaudz spēcīgāka nekā apkārtnē.

Kad aukstais gaiss izspiež silto gaisu. Frontālā konvencija bieži attīstās vienlaikus ar slīpiem un nimbostrātus mākoņiem (mākoņiem).

Kad gaiss paceļas kalnu grēdās. Pat nelieli paaugstinājumi var palielināt mākoņu veidošanos. Šī ir piespiedu konvekcija.

Jebkurš negaisa mākonis, neatkarīgi no tā veida, noteikti iziet trīs posmus: gubu, brieduma un sabrukšanas.

Klasifikācija

Pērkona negaiss kādu laiku tika klasificēts tikai novērojuma vietā. Tie tika sadalīti, piemēram, pareizrakstības, vietējās, frontālās. Pērkona negaisus tagad klasificē pēc pazīmēm, kas ir atkarīgas no meteoroloģiskās vides, kurā tie attīstās. veidojas atmosfēras nestabilitātes dēļ. Negaisa mākoņu radīšanai tas ir galvenais nosacījums. Šādu plūsmu īpašības ir ļoti svarīgas. Atkarībā no to jaudas un lieluma attiecīgi veidojas dažāda veida negaisa mākoņi. Kā tie tiek sadalīti?

1. Cumulonimbus vienšūnas, (lokāls vai intramass). Ir krusa vai pērkona negaiss. Šķērsvirziena izmēri no 5 līdz 20 km, vertikāli - no 8 līdz 12 km. Šāds mākonis "dzīvo" līdz stundai. Pēc pērkona negaisa laikapstākļi praktiski nemainās.

2. Daudzšūnu klasteris. Šeit mērogs ir iespaidīgāks - līdz 1000 km. Daudzšūnu kopa aptver pērkona negaisa šūnu grupu, kas atrodas dažādās veidošanās un attīstības stadijās un vienlaikus veido vienotu veselumu. Kā tie ir sakārtoti? Nobriedušas pērkona negaisa šūnas atrodas centrā, savukārt bojājošās var būt līdz 40 km garas. Klasteru daudzšūnu pērkona negaiss “dod” vēja brāzmas (spēcīgas, bet ne stipras), lietusgāzi, krusu. Vienas nobriedušas šūnas pastāvēšana ir ierobežota līdz pusstundai, bet pati kopa var “dzīvot” vairākas stundas.

3. Squallu rindas. Tie ir arī daudzšūnu pērkona negaiss. Tos sauc arī par lineāriem. Tie var būt gan cieti, gan ar atstarpēm. Šeit (priekšfrontē) vēja brāzmas ir garākas. Daudzšūnu līnija parādās kā tumša mākoņu siena, kad tai tuvojas. Straumju skaits (gan augštecē, gan lejtecē) šeit ir diezgan liels. Tāpēc šāds negaisu komplekss tiek klasificēts kā daudzšūnu, lai gan negaisa struktūra ir atšķirīga. Skvāla līnija var radīt intensīvu lietusgāzi un lielu krusu, bet biežāk to “ierobežo” spēcīga lejupslīde. Tas bieži iet priekšā aukstajai frontei. Attēlos šādai sistēmai ir izliekta loka forma.

4. Supercell pērkona negaiss. Tādi pērkona negaisi ir reti. Tie ir īpaši bīstami īpašumam un cilvēku dzīvībai. Šīs sistēmas mākonis ir līdzīgs vienas šūnas mākonim, jo ​​abi atšķiras vienā augšupējā zonā. Bet tiem ir dažādi izmēri. Superšūnu mākonis - milzīgs - tuvu 50 km rādiusā, augstums - līdz 15 km. Tās robežas var atrasties stratosfērā. Forma atgādina vienu pusloku laktu. Augšupejošo straumju ātrums ir daudz lielāks (līdz 60 m/s). Raksturīga iezīme ir rotācijas klātbūtne. Tieši tas rada bīstamas, ekstrēmas parādības (liela krusa (vairāk nekā 5 cm), destruktīvi tornado). Galvenais faktors šāda mākoņa veidošanā ir vides apstākļi. Runa ir par ļoti spēcīgu konvenciju ar +27 temperatūru un mainīga virziena vēju. Šādi apstākļi rodas vēja bīdes laikā troposfērā. Veidojas augšupplūsmā, nokrišņi tiek pārnesti uz lejupslīdes zonu, kas nodrošina mākoņa ilgu mūžu. Nokrišņi ir sadalīti nevienmērīgi. Dušas ir tuvu augšupejai, un krusa ir tuvāk ziemeļaustrumiem. Pērkona negaisa aizmugure var pārvietoties. Tad visbīstamākā zona būs pie galvenās augšupplūsmas.

Ir arī jēdziens "sausais pērkona negaiss". Šī parādība ir diezgan reta, raksturīga musoniem. Ar šādu pērkona negaisu nav nokrišņu (tie vienkārši nesasniedz, iztvaiko augstas temperatūras iedarbības rezultātā).

Kustības ātrums

Atsevišķā pērkona negaisā tas ir aptuveni 20 km / h, dažreiz ātrāk. Ja ir aktīvas aukstās frontes, ātrums var būt 80 km/h. Daudzos pērkona negaisos vecās negaisa šūnas tiek aizstātas ar jaunām. Katrs no tiem veic salīdzinoši nelielu distanci (apmēram divus kilometrus), bet kopumā distance palielinās.

elektrizācijas mehānisms

No kurienes nāk zibens? ap mākoņiem un tajos nepārtraukti pārvietojas. Šis process ir diezgan sarežģīts. Visvieglāk ir iedomāties, kā elektriskie lādiņi darbojas nobriedušos mākoņos. Tajos dominē dipola pozitīvā struktūra. Kā tas tiek izplatīts? Pozitīvais lādiņš ir novietots augšpusē, bet negatīvais lādiņš atrodas zem tā, mākoņa iekšpusē. Saskaņā ar galveno hipotēzi (šo zinātnes jomu joprojām var uzskatīt par maz izpētītu), smagākas un lielākas daļiņas ir negatīvi lādētas, savukārt mazās un vieglās daļiņas ir ar pozitīvu lādiņu. Pirmie krīt ātrāk nekā otrie. Tas kļūst par iemeslu kosmosa lādiņu telpiskajai atdalīšanai. Šo mehānismu apstiprina laboratorijas eksperimenti. Ledus granulu vai krusas daļiņām var būt spēcīga lādiņa pārnese. Lielums un zīme būs atkarīga no mākoņa ūdens satura, gaisa (apkārtējās) temperatūras un sadursmes ātruma (galvenie faktori). Nevar izslēgt citu mehānismu ietekmi. Izlādes notiek starp zemi un mākoni (vai neitrālo atmosfēru vai jonosfēru). Tieši šajā brīdī mēs novērojam zibspuldzes, kas sadala debesis. Vai zibens. Šo procesu pavada skaļi trokšņi (pērkons).

Pērkona negaiss ir sarežģīts process. Lai to izpētītu, var būt nepieciešami daudzi gadu desmiti un varbūt pat gadsimti.

Koki bieži kļūst par mērķi zibens spērieniem, kas dažkārt izraisa ļoti nopietnas sekas. Runāsim par bīstamību tikt zibens spērienam gan pašiem kokiem, gan tiem līdzās dzīvojošajiem, kā arī par to, kā var samazināt ar šo parādību saistītos riskus.

Kur iesper zibens

Ievērojamai daļai Zemes teritorijas pērkona negaiss ir diezgan izplatīta parādība. Tajā pašā laikā virs Zemes plosās aptuveni pusotrs tūkstotis pērkona negaisu. Piemēram, Maskavā katru gadu tiek novērotas vairāk nekā 20 negaisa dienas. Bet, neskatoties uz šīs dabas parādības pazīstamību, tās spēks nevar vien šokēt. Vidēja zibens spriegums ir aptuveni 100 000 voltu, un strāva ir 20 000–50 000 ampēru. Zibens kanāla temperatūra šajā gadījumā sasniedz 25 000 - 30 000 °C. Nav pārsteidzoši, ka zibens iesper ēkās, kokos vai cilvēkos un izplata savu elektrisko lādiņu, bieži vien ar katastrofālām sekām.

Lai gan viena zemes objekta sakāve ar zibens palīdzību, neatkarīgi no tā, vai tā ir ēka, masts vai koks, ir diezgan rets notikums, kolosālais postošais spēks padara pērkona negaisu par vienu no bīstamākajām dabas parādībām cilvēkiem. Tādējādi, pēc statistikas datiem, katrs septītais ugunsgrēks laukos izceļas zibens spēriena dēļ, pēc reģistrēto stihijas izraisīto nāves gadījumu skaita zibens ierindojas otrajā vietā, otrajā vietā aiz plūdiem.

Varbūtība, ka zibens spēs uz zemes objektiem (tostarp kokiem), ir atkarīga no vairākiem faktoriem:

• par pērkona negaisa aktivitātes intensitāti reģionā (saistīts ar klimatu);
• uz šī objekta augstumu (jo augstāk, jo lielāka iespējamība, ka zibens spēriens);
• no objekta elektriskās pretestības un zem tiem esošajiem augsnes slāņiem (jo mazāka ir objekta un zem tā esošo augsnes slāņu elektriskā pretestība, jo lielāka ir zibens izlādes iespējamība tajā).

No iepriekš minētā ir skaidrs, kāpēc koki bieži kļūst par zibens mērķi: koks bieži ir dominējošais reljefa elements augstumā, dzīva koksne, kas piesātināta ar mitrumu, kas saistīta ar dziļiem augsnes slāņiem ar zemu elektrisko pretestību, bieži vien ir aka. -iezemēts dabīgais zibensnovedējs.

Pērkona negaisa aktivitāte dažās Maskavas apgabala apdzīvotās vietās

Vieta	Vidējais pērkona negaisu ilgums gadā, stundas	Zibens spērienu īpatnējais blīvums 1 km²	Pērkona negaisa aktivitātes vispārīgie raksturojumi
Volokolamska	40–60	4	augsts
Istra	40–60	4	augsts
Jaunā Jeruzaleme	40–60	4	augsts
Pavlovskis Posads	20–40	2	vidēji
Maskava	20–40	2	vidēji
Kašira	20–40	2	vidēji

Kādas ir briesmas, ja kokā iespērs zibens

Sekas zibens spērienam kokā nereti ir postošas ​​gan pašam, gan tuvējām ēkām, kā arī būtiski apdraud cilvēkus, kas tajā brīdī atrodas tuvumā. Brīdī, kad caur koku iziet spēcīgs elektriskais lādiņš, stumbra iekšpusē notiek spēcīga siltuma izdalīšanās un sprādzienbīstama mitruma iztvaikošana. Tā rezultātā rodas dažāda smaguma bojājumi: no virspusējiem apdegumiem vai plaisām līdz pilnīgai stumbra šķelšanās vai koka aizdegšanās. Atsevišķos gadījumos stumbra iekšpusē rodas būtiski mehāniski bojājumi (gareniskas plaisas vai koksnes šķelšanās pa gadskārtām), kas ārējās apskates laikā ir gandrīz nemanāmi, taču būtiski palielina koka nokrišanas risku tuvākajā nākotnē. Bieži vien nopietnus, bet vizuāli nemanāmus bojājumus var saņemt arī koka saknes.

Gadījumā, ja zibens bojājumi neizraisa koka tūlītēju iznīcināšanu vai nāvi, tā gūtie plaši ievainojumi var izraisīt bīstamu slimību attīstību, piemēram, puvi, asinsvadu slimības, novājināts augs kļūst par vieglu laupījumu stumbra kaitēkļiem. Tā rezultātā koks var kļūt nedrošs vai izžūt.

Zibens spērieni kokos (arī dzīvos) bieži izraisa ugunsgrēkus, kas izplatās uz tuvējām ēkām. Dažreiz sānu izlāde no koka tiek pārnesta uz ēkas sienu, pat ja uz tās ir uzstādīts zibensnovedējs. Visbeidzot, skartā koka elektriskais potenciāls izplatās zemes virszemes slāņos, kā rezultātā tas var nokļūt ēkā, sabojāt pazemes inženierkomunikācijas vai izraisīt elektrošoku cilvēkiem vai mājdzīvniekiem.

Zibens spēriens kokā var radīt ievērojamus materiālos zaudējumus pat tad, ja nav ārkārtas situācijas. Galu galā šāda koka drošības novērtējums, īpaša kopšana par to vai pat vienkārša izžuvuša vai bezcerīgi slima koka noņemšana var būt saistīta ar ievērojamām materiālajām izmaksām.

Dažreiz sānu izlāde no koka tiek pārnesta uz ēkas sienu, pat ja uz tās ir uzstādīts zibensnovedējs.

Normatīvie jautājumi

Līdz ar to īpaši vērtīgu koku (kas ir ainavu kompozīciju centrs, vēsturiski un reti) vai pie mājokļiem augošu koku zibensaizsardzība var būt praktiski attaisnojama. Taču normatīvā regulējuma, kas nosaka vai regulē koku zibensaizsardzību, mūsu valstī pilnībā nav. Šāds stāvoklis drīzāk ir valsts normatīvā regulējuma inerces sekas, nevis adekvāta riska novērtējuma, kas saistīts ar zibens spērienu kokiem pilsētvidē.

Galvenais pašreizējais iekšzemes zibensaizsardzības standarts ir datēts ar 1987. gadu. Attieksme pret zibensaizsardzību laukos šajā dokumentā atspoguļo tā laika realitāti un pozīcijas: vairumam piepilsētas ēku materiālā vērtība nebija liela, un valsts intereses bija vērstas uz valsts, nevis privātā īpašuma aizsardzību. Turklāt vietējo standartu sastādītāji balstījās uz pieņēmumu, ka piepilsētas mājokļu būvniecības laikā tiek ievērotas būvniecības normas un noteikumi, taču tas ne vienmēr notiek. Jo īpaši minimālajam attālumam no koka stumbra līdz ēkas sienai jābūt vismaz 5 m. Piepilsētas būvniecības realitātē mājas bieži atrodas tuvu kokiem. Turklāt šādu koku īpašnieki, kā likums, nelabprāt piekrīt to noņemšanai.

Citās valstīs ir zibensaizsardzības standarti: piemēram, amerikāņu - ANSI A 300 daļa 4 vai britu — britu standarts 6651 regulē arī koku zibensaizsardzību.

Minimālajam attālumam no koka stumbra līdz ēkas sienai jābūt vismaz 5 m.

Kad nepieciešama aizsardzība?

Kādos gadījumos ir jēga domāt par koka zibensaizsardzību? Mēs uzskaitām faktorus, uz kuru pamata var ieteikt šādu lēmumu.

Koks aug atklātās vietās vai ievērojami augstāk par blakus esošajiem kokiem, ēkām, būvēm un zemes formām. Objektos, kas dominē augstumā, ir lielāka iespēja, ka zibens spēs.

Apgabals ar lielu pērkona negaisa aktivitāti. Ar lielu pērkona negaisu biežumu palielinās koku (kā arī citu objektu) bojājuma iespējamība. Pērkona negaisa aktivitātes galvenie raksturlielumi ir vidējais pērkona negaisa stundu skaits gadā, kā arī vidējais īpatnējais zibens spērienu zemē blīvums (vidējais gada zibens spērienu skaits uz 1 km²) zemes virsmas. Pēdējais rādītājs tiek izmantots, lai aprēķinātu paredzamo objekta (ieskaitot koku) zibens spērienu skaitu gadā. Piemēram, apgabalā, kurā pērkona negaiss ir vidēji 40–60 stundas gadā (jo īpaši dažos Maskavas apgabala apgabalos), reizi 20 gados var sagaidīt 25 m augsta koka bojājumus.

Objekta atrašanās vieta pie ūdenstilpnēm, pazemes avoti, objektā augsts augsnes mitrums . Šāds izkārtojums vēl vairāk palielina risku, ka kokā iespērs zibens.

Augsts koks aug trīs metru vai mazāk attālumā no ēkas. Šāds koka izvietojums neietekmē zibens trieciena iespējamību. Taču pie ēkām izvietoto koku sakāve rada būtiskus draudus gan pašām ēkām, gan tajās esošajiem cilvēkiem. Tajā pašā laikā palielinās ēkas bojājumu risks ar sānu izplūdi, jumta bojājumu risks, krītot kokam, ir ļoti augsts, un, ja tas uzliesmo, uguns var pāriet uz ēku.

Koka zari karājas virs ēkas jumta, pieskaras tās sienām, nojumēm, notekcaurulēm vai fasādes dekoratīvajiem elementiem. Šajā gadījumā palielinās arī ēkas bojājumu, ugunsgrēku un izplūdes pārnešanas uz māju risks.

Koks pieder pie sugas, kurā bieži vai regulāri iesper zibens spēriens. . Dažām koku sugām zibens iespērs biežāk nekā citās. Ozolus visbiežāk ietekmē zibens.

Pie ēkas augoša koka saknes var saskarties ar mājai piemērotiem pazemes pamatiem vai komunikācijām. Šādā gadījumā, zibens iespērot kokā, palielinās iespējamība, ka izlāde “ieslīdēs” telpās vai tiks sabojātas komunikācijas (piemēram, laistīšanas sistēmas un elektrotīklu sensori).

Ēku zibensaizsardzības speciālisti iesaka uzstādīt brīvi stāvošu zibensnovedēju, savukārt 3 līdz 10 m attālumā ir augumā un citos parametros piemēroti koki zibensnovedēja un lejas novadītāja uzstādīšanai.. Atsevišķa masta uzstādīšana var būt diezgan dārga. Daudziem lauku māju īpašniekiem šādi masti ir arī estētiski nepieņemami. Un visbeidzot, masta novietošana meža teritorijā tā, lai tā būvniecības laikā netiktu bojātas koku saknes vai strijas netraucētu cilvēkiem pārvietoties, var būt ļoti apgrūtināta.

Dažu sugu neaizsargātu koku iedarbība
(no standarta ANSI A 300, daļa 4)

Darbības princips

Zibensaizsardzības sistēmas darbības princips ir tāds, ka zibens izlāde tiek "pārtverta" ar zibensnovedēju, droši tiek veikta ar leju vadītāju un ar zemējuma palīdzību tiek pārnesta uz dziļajiem augsnes slāņiem.

Koka zibensaizsardzības sistēmas sastāvdaļas ir: zibensnovedējs (viens vai vairāki), gaisvadu novadvadītājs, pazemes novadvadītājs un zemējuma sistēma, kas sastāv no vairākiem zemējuma stieņiem vai plāksnēm.

Izstrādājot savas zibensaizsardzības shēmas, mēs saskārāmies ar nepieciešamību apvienot vietējos ēku un būvju zibensaizsardzības standartus un Rietumu standartus, kas regulē koku zibensaizsardzību. Nepieciešamība pēc šādas kombinācijas ir saistīta ar to, ka spēkā esošajos pašmāju standartos nav ieteikumu par zibensaizsardzības sistēmu uzstādīšanu kokiem, un vecākos priekšrakstos ir norādījumi, kas rada draudus koka veselībai. Tajā pašā laikā amerikāņu standarts ANSI A 300, kas satur detalizētu informāciju par sistēmas montāžu uz koka un tās uzstādīšanas un apkopes principiem, nosaka zemākas prasības sistēmas elektrodrošībai, salīdzinot ar vietējiem standartiem.

Zibensaizsardzības sastāvdaļas ir izgatavotas no vara vai nerūsējošā tērauda. Tajā pašā laikā, lai izvairītos no korozijas, visos savienojumos un kontaktos starp vadošajiem elementiem tiek izmantots tikai viens no izvēlētajiem materiāliem. Tomēr, izmantojot varu, ir atļauts izmantot bronzas stiprinājumus. Vara komponenti ir dārgāki, taču tiem ir lielāka vadītspēja, kas ļauj komponentiem būt mazākiem, mazāk redzamiem un samazina sistēmas uzstādīšanas izmaksas.

Pēc statistikas datiem, katrs septītais ugunsgrēks laukos izceļas zibens spēriena dēļ, pēc reģistrēto stihijas izraisīto nāves gadījumu skaita zibens ierindojas otrajā vietā, otrajā vietā aiz plūdiem.

Sistēmas komponenti

Zibensnovedējs ir metāla caurule, kas noslēgta galā. Lejunovedētājs nonāk zibensnovedējā un ir piestiprināts pie tā ar skrūvēm.

Kokiem ar izplatītu vainagu dažreiz ir nepieciešami papildu pantogrāfi, jo šajā gadījumā zibens izlāde var trāpīt zaros vai smailēs, kas atrodas tālu no zibens stieņa. Ja uz koka ir uzstādīta mehāniska zaru atbalsta sistēma, kuras pamatā ir metāla kabeļi, tad, veicot zibensaizsardzību, tai arī jābūt iezemētai. Lai to izdarītu, ar pieskrūvēta kontakta palīdzību tam ir pievienots papildu leju vadītājs. Jāpatur prātā, ka tiešs vara kontakts ar cinkotu kabeli ir nepieņemams, jo tas izraisa koroziju.

Zibensnovedēju un papildu kontaktu vadi tiek savienoti, izmantojot īpašus skavas kontaktus vai skrūvju savienojumus. Saskaņā ar ANSI A 300 koku zibensaizsardzības standartu, dūnu vadi tiek izmantoti dažādu pinumu tērauda kabeļu veidā. Saskaņā ar vietējiem standartiem no vara izgatavota novadvada minimālais efektīvais šķērsgriezums ir 16 mm², no tērauda izgatavota novadvada minimālais efektīvais šķērsgriezums ir 50 mm. Vadot nolaižamos vadītājus uz koka, ir jāizvairās no to asiem līkumiem. Nav atļauts noliekt vadītājus leņķī, kas ir mazāks par 900, lieces izliekuma rādiuss nedrīkst būt mazāks par 20 cm.

Pie stumbra ar metāla spailēm piestiprināti dūnu vadītāji, kas vairākus centimetrus ierakti stumbra kokā. Skavu materiāls nedrīkst izraisīt kontaktu koroziju, kad tie ir savienoti ar lejas vadītāju. Dūnas vadus nav iespējams nostiprināt, piesienot tos pie koka ar stiepli, jo stumbra radiālais izaugums izraisīs gredzena ievainojumus un koka izžūšanu. Stingra dūnu vadu fiksācija uz stumbra virsmas (ar skavām) novedīs pie to ieaugšanas stumbrā, samazinot sistēmas izturību un drošību, kā arī attīstot plašu stublāju puvi. Labākais sistēmas montāžas variants ir uzstādīt dinamiskas skavas. Šajā gadījumā, palielinoties stumbra diametram, turētāji ar trosēm tiek automātiski nospiesti stieņa galā ar koka audu spiedienu. Jāpiebilst, ka skavu tapu iedziļināšanās par dažiem centimetriem kokā un to sekojošā daļēja iekapsulēšana ar koku tai praktiski nekādu kaitējumu nenodara.

Lejupvadītāji nolaižas pa šahtu līdz pamatnei un ieiet dziļi tranšejā.

Minimālais tranšejas dziļums novadvada pazemes daļai, ko nosaka standarts ANSI A 300, ir 20 cm. Tranšeja tiek rakta manuāli, saglabājot maksimālo sakņu skaitu. Gadījumos, kad sakņu bojājumi ir īpaši nevēlami, tranšejas izveidošanai jāizmanto īpašs aprīkojums. Piemēram, gaisa nazis ir kompresora instruments, kas paredzēts zemes darbu veikšanai koku stumbra tuvumā. Šī ierīce, izmantojot spēcīgu fokusētu gaisa plūsmu, spēj noņemt augsnes daļiņas, nesabojājot pat plānākās koku saknes.

Zemējuma ierīces veidu un parametrus, kā arī attālumu, līdz kuram jāsniedz leju vads, nosaka augsnes īpašības. Tas ir saistīts ar nepieciešamību samazināt zemējuma impulsa pretestību līdz vajadzīgajam līmenim - elektriskā pretestība elektriskās strāvas impulsa izplatībai no zemējuma elektroda. Saskaņā ar vietējiem standartiem vietās, kuras regulāri apmeklē cilvēki, šāda pretestība nedrīkst pārsniegt 10 omi. Šai zemes pretestības vērtībai ir jāizslēdz strāvas dzirksteļplūsmas no pazemes lejvadītāja un zemējuma elektroda uz augsnes virsmu un tādējādi jānovērš elektriskās strāvas trieciens cilvēkiem, ēkām un sakariem. Galvenais augsnes rādītājs, kas nosaka zemējuma shēmas izvēli, ir augsnes pretestība - pretestība starp divām 1 m³ zemes virsmām, kad caur to iet strāva.

Jo augstāka ir augsnes pretestība, jo plašākai jābūt zemējuma sistēmai, lai nodrošinātu drošu elektriskā lādiņa plūsmu. Augsnēs ar zemu pretestību - līdz 300 omiem (mālsmilts, māls, mitrāji), parasti tiek izmantota divu vertikālu zemējuma stieņu zemējuma sistēma, kas savienota ar leju vadītāju. Starp stieņiem tiek saglabāts vismaz 5 m attālums.Stieņu garums 2,5–3 m, stieņa augšējais gals padziļināts par 0,5 m.

Augsnēs ar augstu pretestības vērtību (smilšmāls, smilts, grants) tiek izmantotas daudzstaru zemējuma sistēmas. Ierobežojot iespējamo zemējuma dziļumu, tiek izmantotas zemējuma plāksnes. Pārbaužu un zemējuma uzticamības pārbaudes ērtībai virs zemējuma elementiem tiek uzstādītas nelielas akas.

Augsnes pretestība nav nemainīga vērtība, tās vērtība ir ļoti atkarīga no augsnes mitruma. Tāpēc sausajā sezonā zemējuma uzticamība var samazināties. Lai to novērstu, tiek izmantotas vairākas metodes. Pirmkārt, kad vien iespējams, apūdeņošanas zonā tiek novietoti zemes stieņi. Otrkārt, stieņa augšdaļa ir aprakta 0,5 m zem augsnes virsmas (augsnes augšējie 0,5 m ir visvairāk pakļauti izžūšanai). Treškārt, ja nepieciešams, augsnei pievieno bentonītu - dabisku mitrumu aizturošu sastāvdaļu. Bentonīts ir nelielas koloidālas minerālmāla daļiņas, kuru poru telpa labi saglabā mitrumu un stabilizē augsnes mitrumu.

Ar mitrumu piesātināta dzīvā koksne, kas savienota ar dziļiem, zemas pretestības zemes slāņiem, bieži nodrošina labi iezemētu dabisku zibensnovedēju.

Biežākās kļūdas

Sadzīves praksē koku zibensaizsardzība tiek izmantota reti, un gadījumos, kad tā tomēr tiek veikta, tās būvniecības laikā tiek pieļautas vairākas nopietnas kļūdas. Tātad, kā zibens stieņi, parasti tiek izmantoti metāla stieņi, kas piestiprināti pie koka ar stiepli vai metāla stīpām. Šī montāžas iespēja izraisa nopietnas stumbra gredzenveida traumas, kas galu galā noved pie pilnīgas koka izžūšanas. Zināmas briesmas rada arī leju vadītāja ieaugšana koka stumbrā, izraisot plašu atvērtu garenisku brūču parādīšanos uz stumbra.

Tā kā zibensaizsardzības uzstādīšanu kokiem veic elektriķi, viņi parasti kāpšanai kokā izmanto hafus (kaķus) - zābakus ar metāla tapas, kas kokam rada nopietnas traumas.

Diemžēl tiek ignorētas arī koka vainaga iezīmes: parasti netiek ņemta vērā nepieciešamība uzstādīt vairākus zibensnovedējus daudztopu kokiem ar platiem vainagiem, netiek ņemti vērā arī koka zarojuma strukturālie defekti. kontu, kas bieži noved pie augšdaļas lūzuma un nokrišanas ar uzstādīto zibensnovedēju.

Koku zibens aizsardzību nevar saukt par ierastu praksi. Norādes tās īstenošanai ir diezgan reti sastopamas apgabalos ar mērenu pērkona negaisa aktivitāti. Tomēr gadījumos, kad ir nepieciešama koku zibens aizsardzība, tās pareiza īstenošana ir ārkārtīgi svarīga. Projektējot un uzstādot šādas sistēmas, ir svarīgi ņemt vērā ne tikai paša zibensnovedēja uzticamību, bet arī sistēmas drošību aizsargājamajam kokam.

Zibensaizsardzības galīgā uzticamība būs atkarīga gan no pareizas tās materiālu, kontaktu un zemējuma izvēles, gan no paša koka stabilitātes. Tikai ņemot vērā vainaga struktūras īpatnības, radiālo augšanu, koka sakņu sistēmas atrašanās vietu, ir iespējams izveidot uzticamu zibensaizsardzības sistēmu, kas nerada kokam bīstamas traumas, kas nozīmē, ka radīt nevajadzīgus riskus tuvumā dzīvojošajiem cilvēkiem.

Krievijas Federācijas Izglītības ministrija
Kazaņas Valsts universitāte
Ģeogrāfijas un ekoloģijas fakultāte
Meteoroloģijas, klimatoloģijas un atmosfēras ekoloģijas katedra
Pērkona negaisa aktivitāte Predcamier
Kursa darbs
3. kursa students, gr. 259 Himčenko D.V.

Zinātniskais vadītājs asociētais profesors Tudrijs V.D. ________
Kazaņa 2007
Saturs

Ievads
1. Pērkona negaisa darbība
1.1. Pērkona negaisu raksturojums
1.2. Pērkona negaiss, tā ietekme uz cilvēkiem un tautsaimniecību
1.3. Pērkona negaiss un saules aktivitāte
2. Sākotnējo datu iegūšanas un apstrādes metodes
2.1. Izejmateriāla iegūšana
2.2. Galvenā statistika
2.3. Pērkona negaisa aktivitātes indeksu statistiskais raksturojums
2.4. Galveno statistisko raksturlielumu sadalījums
2.5. Tendenču analīze
2.6. Regresijas atkarība no dienu skaita ar pērkona negaisu no Vilka skaitļiem
Secinājums
Literatūra
Lietojumprogrammas
Ievads

Tipiskā gubu mākoņu attīstība un nokrišņi no tiem ir saistīti ar spēcīgām atmosfēras elektrības izpausmēm, proti, ar vairākām elektriskām izlādēm mākoņos vai starp mākoņiem un Zemi. Šādas dzirksteļu izlādes sauc par zibens, un skaņas, kas tos pavada, sauc par pērkonu. Viss process, ko nereti pavada īslaicīga vēja pastiprināšanās – brāzmas, tiek saukts par pērkona negaisu.
Pērkona negaiss nodara lielus postījumus valsts ekonomikai. Viņu pētījumiem tiek pievērsta liela uzmanība. Piemēram, PSRS ekonomiskās un sociālās attīstības galvenajos virzienos 1986.-1990. un laika posmā līdz 2000. gadam bija paredzēti lieli notikumi. Tostarp īpašu nozīmi ieguvuši tautsaimniecībai bīstamu laikapstākļu parādību pētījumi un to prognozēšanas metožu pilnveidošana, tostarp pērkona negaiss un ar to saistītās lietusgāzes, krusa un vētras. Mūsdienās liela uzmanība tiek pievērsta arī problēmām, kas saistītas ar pērkona negaisa darbību un zibens aizsardzību.
Daudzi mūsu un ārvalstu zinātnieki nodarbojās ar pērkona negaisa darbību. Pirms vairāk nekā 200 gadiem B. Franklins noteica pērkona negaisu elektrisko raksturu, vairāk nekā pirms 200 gadiem M.V. Lomonosovs iepazīstināja ar pirmo teoriju par elektriskajiem procesiem pērkona negaisos. Neskatoties uz to, joprojām nav apmierinošas vispārīgas teorijas par pērkona negaisiem.
Izvēle uz šo tēmu krita ne nejauši. Pēdējā laikā pieaug interese par pērkona negaisa aktivitāti, ko nosaka daudzi faktori. To vidū: pērkona negaisu fizikas padziļināta izpēte, negaisu prognozes un zibensaizsardzības metožu pilnveidošana u.c.
Šī kursa darba mērķis ir izpētīt pērkona negaisa aktivitātes sadalījuma un regresijas atkarības laika iezīmes ar Vilku skaitļiem dažādos laika periodos un dažādās Kamas reģiona teritorijās.
Kursa darba mērķi
1. Izveidot datu banku tehniskajos datu nesējos par dienu skaitu ar pērkona negaisu ar desmit dienu diskretizāciju kā galveno negaisa aktivitātes raksturlielumu un Vilku skaitļiem kā galveno Saules aktivitātes raksturlielumu.
2. Aprēķināt negaisa režīma galvenos statistiskos raksturlielumus.
3. Atrodiet tendenču vienādojumu dienu skaitam ar pērkona negaisu.
4. Atrodiet regresijas vienādojumu dienu skaitam ar pērkona negaisu Kamas reģionā un Vilka skaitļiem.
1. nodaļa Pērkona negaisa darbība
1.1. Pērkona negaisu raksturojums

Viņas pērkona negaisu galvenie raksturlielumi ir: dienu skaits ar pērkona negaisu un pērkona negaisu biežums.
Īpaši bieži pērkona negaiss ir virs zemes tropiskajos platuma grādos. Ir apgabali, kur pērkona negaiss ir 100-150 vai vairāk dienas gadā. Tropu okeānos pērkona negaisu ir daudz mazāk, apmēram 10-30 dienas gadā. Tropiskos ciklonus vienmēr pavada stiprs pērkona negaiss, taču paši šie traucējumi tiek novēroti reti.
Subtropu platuma grādos, kur valda augsts spiediens, pērkona negaisu ir daudz mazāk: virs sauszemes 20-50 dienas ar pērkona negaisiem gadā, virs jūras 5-20 dienas. Mērenā platuma grādos 10-30 dienas ar pērkona negaisu virs zemes un 5-10 dienas virs jūras. Polārajos platuma grādos pērkona negaiss ir viens gadījums.
Pērkona negaisu skaita samazināšanās no zemajiem uz augstajiem platuma grādiem ir saistīta ar mākoņu ūdens satura samazināšanos ar platuma grādiem temperatūras pazemināšanās dēļ.
Tropos un subtropos pērkona negaiss visbiežāk novērojams lietus sezonā. Mērenajos platuma grādos virs sauszemes pērkona negaiss visbiežāk ir vasarā, kad vietējās gaisa masās spēcīgi attīstās konvekcija. Ziemā pērkona negaiss mērenajos platuma grādos ir ļoti reti. Bet virs okeāna pērkona negaiss, kas rodas aukstās gaisa masās, ko no apakšas silda silts ūdens, ir maksimālais biežums ziemā. Eiropas galējos rietumos (Britu salās, Norvēģijas piekrastē) bieži ir arī ziemas pērkona negaiss.
Tiek lēsts, ka uz zemeslodes vienlaikus notiek 1800 pērkona negaisu un katru sekundi ir manāmi 100 zibens spērieni. Pērkona negaiss ir biežāks kalnos nekā līdzenumos.
1.2. Pērkona negaiss, tā ietekme uz cilvēkiem un tautsaimniecību

Pērkona negaiss pieder pie tām dabas parādībām, kuras pamana visnevērīgākais cilvēks. Tās bīstamās sekas ir plaši zināmas. Mazāk zināms par tā labvēlīgo ietekmi, lai gan tai ir nozīmīga loma. Pašlaik pērkona negaisu un ar tiem saistīto bīstamo konvekcijas parādību prognozēšanas problēma šķiet vissteidzamākā un viena no sarežģītākajām meteoroloģijā. Galvenās grūtības tās risināšanā ir pērkona negaisu izplatības diskrētībā un attiecību sarežģītībā starp pērkona negaisiem un daudziem faktoriem, kas ietekmē to veidošanos. Pērkona negaisu attīstība ir saistīta ar konvekcijas attīstību, kas ir ļoti mainīga laikā un telpā. Pērkona negaisu prognozēšana ir sarežģīta arī tāpēc, ka papildus sinoptiskās situācijas prognozēšanai nepieciešams prognozēt gaisa noslāņošanos un mitrumu augstumos, mākoņu slāņa biezumu un maksimālo augšupvirziena ātrumu. Ir jāzina, kā cilvēka darbības rezultātā mainās zibens aktivitāte. Pērkona negaisa ietekme uz cilvēkiem, dzīvniekiem, dažādām aktivitātēm; ar zibensaizsardzību saistīti jautājumi ir aktuāli arī meteoroloģijā.
Izpratne par pērkona negaisu būtību ir būtiska ne tikai meteorologiem. Elektrisko procesu izpēte šādos gigantiskos - salīdzinājumā ar laboratoriju mērogu - apjomiem ļauj noteikt vispārīgākus fiziskos likumus par augstsprieguma izlādi, izlādi aerosola mākoņos. Lodveida zibens noslēpumu var atklāt, tikai apzinoties pērkona negaisos notiekošos procesus.
Pēc izcelsmes pērkona negaisus iedala intramasos un frontālos.
Pastāv divu veidu iekšējie pērkona negaisi: aukstā gaisa masās, kas virzās uz siltu zemes virsmu, un virs karstas zemes vasarā (lokāli vai termiski pērkona negaiss). Abos gadījumos pērkona negaisa rašanās ir saistīta ar spēcīgu konvekcijas mākoņu attīstību un līdz ar to arī ar spēcīgu atmosfēras noslāņojuma nestabilitāti un ar spēcīgām vertikālām gaisa kustībām.
Frontālie pērkona negaisi galvenokārt ir saistīti ar aukstajām frontēm, kur silto gaisu spiež uz augšu aukstā gaisa virzībā uz priekšu. Vasarā virs zemes tās bieži vien ir saistītas ar siltajām frontēm. Kontinentālais siltais gaiss, kas vasarā paceļas virs siltās frontes virsmas, var būt ļoti nestabils noslāņojums, tāpēc virs frontes virsmas var rasties spēcīga konvekcija.
Ir zināmi šādi zibens efekti: termiski, mehāniski, ķīmiski un elektriski.
Zibens temperatūra sasniedz no 8000 līdz 33000 grādiem pēc Celsija, tāpēc tam ir liela termiskā ietekme uz vidi. Piemēram, ASV vien zibens katru gadu izraisa aptuveni 10 000 ugunsgrēku. Tomēr dažos gadījumos šie ugunsgrēki ir izdevīgi. Piemēram, Kalifornijā biežie ugunsgrēki jau sen ir attīrījuši mežus no pameža: tie bija nenozīmīgi un nebija kaitīgi kokiem.
Mehānisko spēku rašanās iemesls zibens spēriena laikā ir straujš temperatūras paaugstināšanās, gāzu un tvaiku spiediena paaugstināšanās, kas rodas vietā, kur iet zibens strāva. Tā, piemēram, kad zibens iesper kokā, koku sula pēc tam, kad caur to ir izlaidusi strāvu, nonāk gāzes stāvoklī. Turklāt šī pāreja ir sprādzienbīstama, kā rezultātā koka stumbrs sadalās.
Zibens ķīmiskais efekts ir mazs, un tas ir saistīts ar ķīmisko elementu elektrolīzi.
Visbīstamākā dzīvām būtnēm ir elektriskā darbība, jo šīs darbības rezultātā zibens spēriens var izraisīt dzīvas būtnes nāvi. Ja zibens iespērs neaizsargātās vai slikti aizsargātās ēkās vai iekārtās, tas izraisa cilvēku vai dzīvnieku nāvi atsevišķos objektos augsta sprieguma rezultātā, šim nolūkam pietiek ar to, ka cilvēks vai dzīvnieks tiem pieskaras vai atrodas to tuvumā. Zibens iesper cilvēkā pat nelielu pērkona negaisu laikā, un katrs tā tiešais spēriens viņam parasti ir liktenīgs. Pēc netieša zibens spēriena cilvēks parasti nemirst, taču arī šajā gadījumā ir nepieciešama savlaicīga palīdzība, lai glābtu viņa dzīvību.
Meža ugunsgrēki, bojātas elektropārvades līnijas un komunikācijas, bojāti lidaparāti un kosmosa kuģi, degošas naftas krātuves, krusas izpostīti lauksaimniecības stādījumi, vētras vēja noplēsti jumti, zibens gājuši bojā cilvēki un dzīvnieki — tas nav pilnīgs to seku saraksts, kas saistītas ar pērkona negaisa situācija.
Zibens radītie zaudējumi tikai viena gada laikā visā pasaulē tiek lēsti miljonos dolāru. Šajā sakarā tiek izstrādātas jaunas, progresīvākas zibensaizsardzības metodes un precīzāka negaisu prognozēšana, kas, savukārt, vedina uz pērkona negaisa procesu padziļinātu izpēti.
1.3. Pērkona negaiss un saules aktivitāte

Zinātnieki jau ilgu laiku ir pētījuši saules un zemes attiecības. Viņi loģiski nonāca pie secinājuma, ka nepietiek uzskatīt Sauli tikai par starojuma enerģijas avotu. Saules enerģija ir galvenais avots lielākajai daļai fizisko un ķīmisko parādību atmosfērā, hidrosfērā un litosfēras virsmas slānī. Protams, krasas šīs enerģijas daudzuma svārstības ietekmē šīs parādības.
Cīrihes astronoms R. Volfs (1816-1893) nodarbojās ar Saules aktivitātes datu sistematizēšanu. Viņš noteica, ka pēc vidējā aritmētiskā maksimālā un minimālā plankumu skaita periods - Saules aktivitātes maksimums un minimums ir vienāds ar vienpadsmit gadiem.
Plankumu veidošanās procesa pieaugums no minimuma līdz maksimumam notiek lēcienos ar straujiem kāpumiem un kritumiem, nobīdēm un pārtraukumiem. Lēcieni nemitīgi aug un maksimuma brīdī sasniedz visaugstākās vērtības. Šie plankumu parādīšanās un izzušanas lēcieni, acīmredzot, ir atbildīgi par daudzām sekām, kas attīstās uz Zemes.
Visizteiktākais Saules aktivitātes intensitātes raksturlielums, ko 1849. gadā ierosināja Rūdolfs Volfs, ir vilku skaitļi jeb tā sauktie Cīrihes saules plankumu skaitļi. To aprēķina pēc formulas W=k*(f+10g), kur f ir Saules diskā novēroto saules plankumu skaits, g ir to izveidoto grupu skaits, k ir normalizācijas koeficients, kas iegūts katram novērotājam un teleskopam. lai varētu dalīties ar viņu atrastajām relatīvajām vērtībām. Vilku skaitļi. Aprēķinot f, katrs kodols ("ēna"), kas atdalīts no blakus esošā kodola ar pusumbru, kā arī katra pora (mazs plankums bez pusumbras) tiek skaitīts kā plankumi. Aprēķinot g, viena vieta un pat viena pora tiek skaitīta kā grupa.
No šīs formulas var redzēt, ka Vilka indekss ir kopējais indekss, kas sniedz vispārīgu Saules saules plankumu aktivitātes raksturlielumu. Tajā nav tieši ņemts vērā Saules aktivitātes kvalitatīvais aspekts, t.i. plankumu spēks un to stabilitāte laikā.
Absolūtais Vilka skaitlis, t.i. ko aprēķina konkrēts novērotājs, nosaka skaitļa desmit reizinājums ar kopējo saules plankumu grupu skaitu, katru atsevišķu saules plankumu skaitot kā grupu, un kopējo skaitu gan atsevišķi, gan saules plankumu grupās. Relatīvais Vilka skaitlis tiek noteikts, reizinot absolūto Vilka skaitli ar normalizācijas koeficientu, ko nosaka katram novērotājam un viņa teleskopam.
Rekonstruējot no vēstures avotiem, sākot ar 16. gadsimta vidu, kad tika sākta saules plankumu skaitīšana, informācija ļāva iegūt Vilku skaitļus vidēji par katru pēdējo mēnesi. Tas ļāva noteikt Saules aktivitātes ciklu raksturlielumus no tā laika līdz mūsdienām.
Periodiskā Saules aktivitāte ļoti jūtami ietekmē negaisu skaitu un acīmredzot arī intensitāti. Pēdējās ir redzamas elektriskās izlādes atmosfērā, ko parasti pavada pērkons. Zibens atbilst elektrostatiskās iekārtas dzirksteļaizlādei. Pērkona negaisa veidošanās ir saistīta ar ūdens kondensāciju. tvaiki atmosfērā. Augošās gaisa masas tiek adiabātiski atdzesētas, un šī atdzišana bieži notiek zem piesātinājuma punkta. Tāpēc pēkšņi var rasties tvaiku kondensācija, veidojas pilieni, radot mākoni. No otras puses, tvaiku kondensācijai ir nepieciešams kodolu vai kondensācijas centru klātbūtne atmosfērā, kas, pirmkārt, var būt putekļu daļiņas.
Iepriekš mēs redzējām, ka putekļu daudzums augšējos gaisa slāņos var būt daļēji saistīts ar saules plankumu procesa stresa pakāpi. Turklāt laikā, kad plankumi šķērso Saules disku, palielinās arī Saules ultravioletā starojuma daudzums. Šis starojums jonizē gaisu, un joni arī kļūst par kondensācijas kodoliem.
Tam seko elektriskie procesi ūdens pilienos, kas iegūst elektrisko lādiņu. Viens no šo lādiņu iemesliem ir vieglo gaisa jonu adsorbcija ar ūdens pilieniem. Tomēr šīs adsorbcijas nozīme ir sekundāra un ļoti nenozīmīga. Tāpat ir novērots, ka atsevišķi pilieni spēcīga elektriskā lauka ietekmē saplūst strūklā. Līdz ar to lauka intensitātes svārstības un tā zīmes maiņa var zināmā mērā ietekmēt pilienus. Visticamāk, ka pērkona negaisa laikā šādā veidā veidojas ļoti uzlādēti pilieni. Spēcīgs elektriskais lauks palīdz arī pilieniem uzlādēties ar elektrību.
Jautājums par pērkona negaisu periodiskumu Rietumu literatūrā tika izvirzīts jau pagājušā gadsimta 80. gados. Daudzi pētnieki ir veltījuši savus darbus šī jautājuma noskaidrošanai, piemēram, Zenger, Krassner, Bezold, Ridder un citi. Dienvidvācijai 1800.-1887. saņēma 25,84 dienu periodu. 1900. gadā Raiders Ledebergā atrada divus pērkona negaisu biežuma periodus 1891.-1894.gadam, proti: 27,5 un 33 dienas. Pirmais no šiem periodiem ir tuvu Saules apgriezienu periodam ap savu asi un gandrīz sakrīt ar Mēness tropisko periodu (27.3). Tajā pašā laikā tika mēģināts korelēt pērkona negaisu biežumu ar plankumu veidošanās procesu. Hess Šveicei atklāja pērkona negaisu skaita vienpadsmit gadu periodu.
Krievijā D. O. Svjatskis, pamatojoties uz saviem pētījumiem par pērkona negaisu biežumu, ieguva tabulas un grafikus, no kuriem var skaidri redzēt, kā tā saukto negaisa viļņu atkārtošanās periodi plašajā Eiropas Krievijā, pirmais - 24. 26, otrā - 26 - 28 dienās, tātad un pērkona negaisu saistība ar saules smērēšanās aktivitāti. Iegūtie periodi izrādījās tik reāli, ka kļuva iespējams plānot šādu "vētras viļņu" pāriešanas datumus vairākus vasaras mēnešus uz priekšu. Kļūda nesasniedz vairāk par 1 - 2 dienām, vairumā gadījumu tiek iegūta pilnīga atbilstība.
Pēdējos gados Faas veiktā pērkona negaisa aktivitātes novērojumu apstrāde liecina, ka visā PSRS Eiropas daļā visbiežāk un katru gadu notiek 26 un 13 (pusperioda) dienu periodi. Pirmā atkal ir vērtība, kas ir ļoti tuva Saules rotācijai ap savu asi. Pētījumus par pērkona negaisu atkarību no Saules aktivitātes pēdējos gados Maskavā veica A.P.Moisejevs, kurš, rūpīgi novērojot plankumu veidošanos un pērkona negaisus no 1915. līdz 1926.gadam, nonāca pie secinājuma, ka negaisu skaits un intensitāte vidēji ir tiešā veidā. atbilstība plankumu laukumam, kas iet caur Saules centrālo meridiānu. Pērkona negaiss kļuva arvien biežāks un pastiprinājās, palielinoties plankumu skaitam uz Saules un sasniedza vislielāko spriegumu pēc lielu plankumu grupu šķērsošanas caur Saules diska vidu. Tādējādi pērkona negaisa biežuma līknes un saules plankumu skaita līknes gaita diezgan labi sakrīt. Tad Moisejevs izpētīja vēl vienu interesantu faktu, proti, pērkona negaisu ikdienas sadalījumu pa stundām. Pirmais dienas maksimums ir pulksten 12–13 pēc vietējā laika. Pēc tam no plkst.14 līdz 15 seko neliels kritums, plkst.15 līdz plkst.16 ir galvenais maksimums, un tad līkne iet uz leju. Visticamāk, šīs parādības ir saistītas gan ar tiešo Saules starojumu un gaisa jonizāciju, gan ar temperatūras gaitu. No Moisejeva pētījuma var redzēt, ka saules maksimālās aktivitātes brīžos un arī tuvu minimumam pērkona negaisa darbība ir visintensīvākā un maksimuma brīžos tā ir daudz izteiktāka. Tas zināmā mērā ir pretrunā Bezolda un Hesa ​​atbalstītajai nostājai, ka negaisu biežuma minimumi sakrīt ar Saules aktivitātes maksimumiem, Faas savā pērkona negaisu apstrādē par 1996. gadu norāda, ka īpašu uzmanību pievērsis tam, lai negaisa aktivitāte nepalielinās, kad lieli saules plankumi iet cauri saules centrālajam meridiānam. Par 1926. gadu netika iegūti pozitīvi rezultāti, bet 1923. gadā tika novērota ļoti cieša saikne starp parādībām. Tas izskaidrojams ar to, ka maksimālā saules plankumu gados grupējas tuvāk ekvatoram un iet netālu no Saules diska redzamā centra. Šajā stāvoklī to satraucošā ietekme uz Zemi jāuzskata par vislielāko. Daudzi izmeklētāji ir mēģinājuši atrast citus pērkona negaisa periodus, taču negaisa aktivitātes svārstības joprojām ir pārāk grūti saskatāmas no mūsu rīcībā esošajiem materiāliem un neļauj konstatēt vispārējas likumsakarības. Jebkurā gadījumā šis jautājums laika gaitā ir piesaistījis arvien vairāk pētnieku uzmanību.
Pērkona negaisu skaits un intensitāte noteiktā veidā atspoguļojas uz cilvēku un viņa īpašumu. Tādējādi no Budina citētajiem statistikas datiem ir skaidrs, ka nāves gadījumu maksimumi no zibens spērieniem krīt uz Saules darbības maksimālā stresa gadiem, bet to minimumi - uz minimālo plankumu gadiem. Tajā pašā laikā krievu arborists Tjurins atzīmē, ka saskaņā ar viņa pētījumiem, kas balstīti uz masu materiāliem, ugunsgrēki Brjanskas meža apgabalā 1872., 1860., 1852., 183.b, 1810., 1797., 1776. un 1753. gadā ieguvuši spontānu raksturu. Ziemeļu mežos var atzīmēt arī periodiskumu, kas vienāds ar vidēji 20 gadiem, un meža ugunsgrēku datumi ziemeļos daudzos gadījumos sakrīt ar norādītajiem datumiem, kas liecina par viena un tā paša iemesla ietekmi - sausuma laikmeti, daži no tiem iekrīt saules maksimumu gados. Var atzīmēt, ka laba atkarība vērojama arī pērkona negaisa aktivitātes ikdienas gaitā un zibens ugunsgrēku skaita ikdienas gaitā.
2. nodaļa. Sākotnējo datu iegūšanas un apstrādes metodes
2.1. Izejmateriāla iegūšana

Šajā darbā mēs izmantojām meteoroloģiskos datus par pērkona negaisa darbību septiņās Tatarstānas Republikas stacijās: Tetyushi (1940-1980), Laishevo (1950-1980), Kazan-Opornaya (1940-1967), Kaibitsy (1940-1967), Arska (1940-1980). ), Agriza (1955-1967) un Kazaņas Valsts universitātes meteoroloģiskā stacija (1940-1980). Dati tiek parādīti ar desmit dienu diskretizāciju. Par pērkona negaisa aktivitātes rādītājiem tika ņemts dienu skaits ar pērkona negaisiem dekādē. Kā arī ikmēneša dati par Saules aktivitāti - Vilku skaitļi par 1940.-1980.gadu.
Pamatojoties uz norādīto gadu datiem, tika aprēķināti pērkona negaisa aktivitātes indeksu galvenie statistiskie raksturlielumi.
2.2. Pamatstatistika

Meteoroloģija nodarbojas ar milzīgiem novērojumu masīviem, kas jāanalizē, lai noskaidrotu likumsakarības, kas pastāv atmosfēras procesos. Tāpēc meteoroloģijā plaši tiek izmantotas statistikas metodes lielu novērojumu masīvu analīzei. Spēcīgu mūsdienu statistikas metožu izmantošana palīdz skaidrāk izklāstīt faktus un labāk atklāt saikni starp tiem.
Laika rindas vidējo vērtību aprēķina pēc formulas
? = ?Gi/N
kur 1< i Dispersija parāda datu izplatību attiecībā pret vidējo vērtību, un to nosaka pēc formulas
?І = ?(Gi - ?)2 / N , kur 1< i Daudzums, ko sauc par standarta novirzi, ir dispersijas kvadrātsakne.
? = ?(Gi - ?)2 / N , kur 1< i Meteoroloģijā arvien vairāk tiek izmantota nejaušā mainīgā visticamākā vērtība — režīms.
Arī meteoroloģisko vērtību raksturošanai tiek izmantota asimetrija un kurtoze.
Ja vidējā vērtība ir lielāka par režīmu, tad tiek uzskatīts, ka frekvences sadalījums ir pozitīvi asimetrisks. Ja vidējā vērtība ir mazāka par režīmu, tad tā ir negatīvi sašķiebta. Asimetrijas koeficientu aprēķina pēc formulas
A = ?(Gi - ?)3 / N?3, kur 1< i Asimetrija tiek uzskatīta par mazu, ja asimetrijas koeficients |A|?0,25. Asimetrija ir mērena, ja 0,25<|А|>0.5. Asimetrija ir liela, ja 0,5<|А|>1.5. Īpaši liela asimetrija, ja |A|>1.5. Ja |A|>0 , tad sadalījumam ir labās puses asimetrija, ja |A|<0, то левостороннюю асиметрию.
Frekvenču sadalījumam ar vienādām vidējām vērtībām asimetrijas var atšķirties pēc kurtozes lieluma
E \u003d? (Gi -?)? /N?? , kur 1< i Kurtozi uzskata par mazu, ja |E|?0,5; mērens, ja 1?|E|?3 un liels, ja |E|>3. Ja -0,5?E?3, tad kurtoze tuvojas normai.
Korelācijas koeficients ir vērtība, kas parāda saistību starp divām korelētām sērijām.
Korelācijas koeficienta formula ir šāda:
R = ?((Xi-X)*(Yi-Y))/ ?x?y
kur X un Y ir vidējās vērtības, ?x un ?y ir standartnovirzes.
Korelācijas koeficienta īpašības:
1. Neatkarīgo mainīgo korelācijas koeficients ir vienāds ar nulli.
2. Korelācijas koeficients nemainās, kad x un y pievieno kādus konstantus (negadījuma) vārdus, kā arī nemainās, ja x un y tiek reizināti ar pozitīviem skaitļiem (konstante).
3. Korelācijas koeficients nemainās, pārejot no x un y uz normalizētajām vērtībām.
4. Izmaiņu diapazons ir no -1 līdz 1.
Jāpārbauda savienojuma esamības ticamība, jānovērtē korelācijas koeficienta starpības nozīme no nulles.
Ja empīriskajam R reizinājums ¦R¦vN-1 izrādās lielāks par kādu kritisko vērtību, tad ar S ticamību var apgalvot, ka korelācijas koeficients būs ticams (būtiski atšķiras no nulles).
Korelācijas analīze ļauj noteikt novērotā, izmērītā gadījuma lieluma izmaiņu nozīmīgumu (nejaušību) testēšanas procesā, ļauj noteikt esošo attiecību formu un virzienu starp pazīmēm. Taču ne korelācijas koeficients, ne korelācijas koeficients nesniedz informāciju par to, cik daudz mainīga, efektīva iezīme var mainīties, kad mainās ar to saistītā faktoriālā pazīme.
Funkciju, kas ļauj pēc viena atribūta vērtības korelācijas klātbūtnē atrast cita atribūta paredzamās vērtības, sauc par regresiju. Regresijas statistisko analīzi sauc par regresijas analīzi. Tas ir augstāks masu parādību statistiskās analīzes līmenis. Regresijas analīze ļauj prognozēt Y, pamatojoties uz X:
Yx-Y=(Rxy* ?y*(X-X))/ ?x (2.1)
Xy-X=(Rxy*?x*(Y-Y))/?y (2.2)
kur X un Y - atbilst vidējam, Xy un Yx - daļēji vidējiem rādītājiem, Rxy - korelācijas koeficients.
Vienādojumus (2.1) un (2.2) var uzrakstīt šādi:
Yx=a+by*X (2.3)
Xy=a+bx*Y (2,4)
Svarīga lineārās regresijas vienādojumu īpašība ir vidējā kvadrātiskā kļūda. Tas izskatās šādi:
vienādojumam (2.3) Sy= ?y*v1-RІxy (2.5)
vienādojumam (2.4) Sx= ?x*v1-RІxy (2.6)
Regresijas kļūdas Sx un Sy ļauj noteikt lineārās regresijas iespējamo (uzticamības) zonu, kurā atrodas patiesā regresijas taisne Yx (vai Xy), t.i. populācijas regresijas līnija.
3. nodaļa. Aprēķinu analīze
3.1. Galveno statistisko raksturlielumu sadalījums

Apskatīsim dažus statistiskos raksturlielumus par dienu skaitu ar pērkona negaisu Pirmskamas reģionā septiņās stacijās (1.-7. tabula). Tā kā ziemā ir ļoti mazs pērkona negaisa dienu skaits, šajā rakstā tiks aplūkots laika posms no aprīļa līdz septembrim.
Tetyushi stacija:
Aprīlī maksimālā vidējā desmit dienu vērtība ir vērojama mēneša 3. dekādē?= 0,20. Modālās vērtības visās desmitgadēs ir vienādas ar nulli, līdz ar to vāja pērkona negaisa aktivitāte. Maksimālā izkliede un standartnovirze arī novērojama 3. dekādē? 2=0,31; ? =0,56. Asimetriju raksturo ārkārtīgi liela vērtība otrajā desmitgadē A = 4,35. Arī 2. dekādē ir liela kurtozes vērtība E=17,79.
Maijā, palielinoties siltuma pieplūdēm, palielinās pērkona negaisu aktivitāte. Maksimālā vidējā desmit dienu vērtība tika novērota 3. dekādē un sasniedza? =1,61. Modālās vērtības visās desmitgadēs ir vienādas ar nulli. Maksimālās dispersijas un standartnovirzes vērtības tiek novērotas 3. dekādē? 2=2,59; ?=1,61. Asimetrijas un kurtozes vērtības samazinās no pirmās dekādes uz trešo (pirmajā dekādē A=1,23; E=0,62; trešajā dekādē A=0,53; E=-0,95).
Jūnijā vidējās desmit dienu vērtības maksimums nokrītas trešajā dekādē? = 2,07. Salīdzinot ar aprīli un maiju, ir vērojams dispersijas un standartnovirzes vērtību pieaugums: maksimums otrajā dekādē (? 2 =23,37; ?=1,84), minimums pirmajā (? 2 =1,77; ?= 1.33) . Modālās vērtības pirmajās divās dekādēs ir vienādas ar nulli, trešajā dekādē tas bija M=2. Asimetrija visās desmitgadēs ir liela un pozitīva, trešajā desmitgadē. Kurtozei pirmajās divās dekādēs raksturīgas nelielas vērtības, trešajā dekādē tās vērtība pieauga E=0,67.
Augstākā vidējā desmit dienu vērtība jūlijā? =2,05 otrajā dekādē. Modālās vērtības pirmajās divās desmitgadēs ir attiecīgi vienādas ar 1 un 2, trešajā - ar nulli. Maksimālās dispersijas un standartnovirzes vērtības tiek novērotas otrajā desmitgadē un sasniedz? 2=>3,15 un?=1,77, attiecīgi, minimums pirmajā desmitgadē? 2 = 1,93 un? = 1,39, attiecīgi. Asimetriju raksturo lielas, pozitīvas vērtības: maksimums pirmajā dekādē A=0,95, minimālais otrajā dekādē A=0,66. Kurtoze otrajā un trešajā dekādē ir maza un otrajā dekādē ir negatīva vērtība, maksimums ir E=1,28 pirmajā dekādē, bet minimums otrajā dekādē ir E=-0,21.
Augustā pērkona negaisa aktivitāte samazinās. Lielākā vidējā desmit dienu vērtība ir atzīmēta pirmajā desmitgadē? \u003d 1,78, mazākais - trešajā? =0,78. Modālās vērtības pirmajā un trešajā desmitgadē ir vienādas ar nulli, otrajā - ar vienu. Tiek novērota dispersijas un standartnovirzes vērtību samazināšanās: maksimums pirmajā dekādē (? 2 = 3,33; ? = 1,82), minimums trešajā (? 2 = 1,23; ? = 1,11). No pirmās dekādes uz trešo ir vērojams neliels asimetrijas un kurtozes vērtību pieaugums: maksimumi trešajā dekādē A=1,62, E=2,14, minimumi otrajā dekādē A=0,40, E=-0,82.
Septembrī maksimālā vidējā desmit dienu vērtība bija? =0,63 mēneša pirmajā dekādē. Modālās vērtības ir nulle. Izkliedes un standartnovirzes vērtības samazinās no pirmās desmitgades uz trešo (? 2 =0,84; ? =0,92 - pirmajā dekādē un? 2 =0,11;? = 0,33 - trešajā).
Apkopojot iepriekš minēto, secinām, ka tādu statistisko raksturlielumu kā režīms, dispersija un standartnovirze palielinās līdz ar pērkona negaisa aktivitātes pieaugumu: maksimālās vērtības tiek novērotas jūnija beigās - jūlija sākumā (1. att.).
1. att
Asimetrija un kurtoze, gluži pretēji, iegūst visaugstākās vērtības minimālās pērkona negaisa aktivitātes laikā (aprīlis, septembris), maksimālās negaisa aktivitātes periodā asimetrijai un kurtozei ir raksturīgas lielas vērtības, bet zemākas salīdzinājumā ar aprīli un septembri. (2. att.).
2. att
Maksimālā pērkona negaisa aktivitāte tika novērota jūnija beigās – jūlija sākumā (3. att.).
3. att
Ļaujiet mums analizēt pārējās stacijas, pamatojoties uz grafikiem, kas izveidoti no aprēķinātajām statistiskajām vērtībām šajās stacijās.
Stacija Laishevo:
Attēlā parādīta pērkona negaisa dienu skaita vidējā desmit dienu vērtība. No diagrammas redzams, ka ir divi pērkona negaisa aktivitātes maksimumi, kas attiecināmi uz jūnija beigām un jūlija beigām, attiecīgi vienādi ar ?=2,71 un ?=2,52. Var atzīmēt arī strauju pieaugumu un samazināšanos, kas norāda uz spēcīgu laika apstākļu mainīgumu šajā apgabalā (4. att.).
4. att
Režīmam, dispersijai un standarta novirzei ir visaugstākās vērtības laika posmā no jūnija beigām līdz jūlija beigām, kas atbilst vislielākās pērkona negaisa aktivitātes periodam. Maksimālā izkliede tika novērota jūlija trešajā dekādē un sasniedza? 2=>4,39 (5. att.).
5. att
Asimetrija un kurtoze vislielākās vērtības iegūst aprīļa otrajā dekādē (A=5,57; E=31), t.i. minimālās pērkona negaisa aktivitātes laikā. Un maksimālās pērkona negaisa aktivitātes periodā tiem raksturīgas nelielas vērtības (A=0,13; E=-1,42) (6. att.).
6. att
Stacija Kzan-opornaya:
Šajā stacijā pērkona negaisa aktivitāte pakāpeniski palielinās un samazinās. Maksimums ilgst no jūnija beigām līdz augusta vidum, ar absolūto vērtību ?=2,61 (7. att.).
7. att
Modālās vērtības ir diezgan spēcīgas, salīdzinot ar iepriekšējām stacijām. Divi galvenie maksimumi М=3 novērojami jūnija trešajā dekādē un jūlija otrajā dekādē. Tajā pašā laikā dispersija un standartnovirze sasniedz maksimumu (? 2 =3,51; ?=1,87) (8. att.).
8. att
Asimetrijas un kurtozes maksimumi tiek atzīmēti aprīļa otrajā dekādē (A=3,33; E=12,58) un septembra trešajā dekādē (A=4,08; E=17,87). Minimums tika novērots jūlija trešajā dekādē (A=0,005; E=-1,47) (9. att.).
9. att
Kaibitsy stacija:
Maksimālā vidējā vērtība jūnija otrajā dekādē?=2,79. Pērkona negaisa aktivitāte strauji palielinās un vienmērīgi samazinās (10. att.).
Rīsi. 10
Modālā vērtība iegūst maksimālo vērtību jūnija otrajā dekādē M=4. Tajā pašā laikā dispersija un standartnovirze ir arī maksimālā (? 2 =4,99; ?=2,23) (11. att.).
11. att
Asimetrijai un kurtozei raksturīgas ārkārtīgi lielas vērtības aprīļa otrajā dekādē (A=4,87; E=24,42) un septembra trešajā dekādē (A=5,29; E=28,00). Minimums tika atzīmēts jūnija pirmajā dekādē (A=0,52; E=-1,16) (12. att.).
12. att
Arskas stacija:
Šajā stacijā ir novērojami divi negaisa aktivitātes maksimumi, kas iekrīt jūnija otrajā dekādē un jūlija trešajā dekādē?= 2,02 (13. att.).
13. att
Izkliedes un standartnovirzes maksimumi iekrīt jūnija otrajā dekādē, kas sakrīt ar pērkona negaisa aktivitātes vidējās vērtības maksimumu (? 2 =3,97; ?=1,99). Otro pērkona negaisa aktivitātes maksimumu (jūlija trešā dekāde) pavada arī lielas dispersijas un standartnovirzes vērtības (? 2 = 3,47; ? = 1,86) (14. att.).
14. att
Ārkārtīgi lielas asimetrijas un kurtozes vērtības novērotas aprīļa pirmajā dekādē (A=6,40; E=41,00). Septembrī šīm vērtībām ir raksturīgas arī lielas vērtības (A=3,79; E=13,59 septembra trešajā dekādē). Minimums ir jūlija otrajā dekādē (A=0,46; E=-0,99) (15. att.).
15. att
Agryz stacija:
Tā kā šajā stacijā paraugs ir mazs, par pērkona negaisa aktivitāti varam spriest tikai nosacīti.
Tiek novērotas pēkšņas pērkona negaisa aktivitātes izmaiņas. Maksimums tiek sasniegts jūlija trešajā dekādē?=2,92 (16. att.).
16. att
Modālā nozīme ir labi izteikta. Trīs maksimālie M=2 ir maija trešajā dekādē, jūnija trešajā dekādē un jūlija otrajā dekādē. Izkliedei un standarta novirzei katram ir divi galvenie maksimumi, kas ietilpst jūnija otrajā dekādē un jūlija trešajā dekādē un vienādi? 2=5,08; ? =2,25 un? 2=4,91; ?=2,22, attiecīgi (17. att.).
17. att
Ārkārtīgi lielas asimetrijas un kurtozes vērtības ir atzīmētas visās desmit aprīļa dienās (A=3,61; E=13,00). Divi galvenie minimumi: maija otrajā dekādē (A=0,42; E=-1,46) un jūlija pirmajā dekādē (A=0,50; E=-1,16) (18. att.).
18. att
KGU stacija:
Vidējās vērtības maksimums iekrīt jūnija otrajā dekādē un ir ?=1,90. Varat arī atzīmēt vienmērīgu pērkona negaisa aktivitātes pieaugumu un samazināšanos (19. att.).
19. att
Modes maksimālās vērtības sasniedz jūnija otrajā dekādē (M=2) un jūlija pirmajā dekādē (M=2). Dispersija un standartnovirze iegūst visaugstākās vērtības jūlija trešajā dekādē (? 2 =2,75; ?=1,66) (20. att.).
20. att
Aprīlī un septembrī asimetrijai un kurtozei raksturīgas ārkārtīgi lielas vērtības: aprīļa pirmajās desmit dienās - A=6,40; Е=41,00, septembra trešajā dekādē - А=4,35; E=17,79. Asimetrijas un kurtozes minimums jūlija otrajā dekādē (A=0,61; E=-0,48) (21. att.).
21. att
3.2. Tendenču analīze

Negadījuma rakstura, lēnām mainīgu laikrindas komponentu sauc par tendenci.
Datu apstrādes rezultātā tika iegūti tendenču vienādojumi septiņās stacijās mēneša datiem (8.-14. tabula). Aprēķini tika veikti trīs mēnešus: maijā, jūlijā un septembrī.
Tetjuši stacijā ilgākā laika periodā tiek atzīmēta pērkona negaisa aktivitātes palielināšanās pavasara un rudens mēnešos un tās samazināšanās jūlijā.
Pie st. Laiševo maijā ilgstoši vērojama pērkona negaisa aktivitātes palielināšanās (b=0,0093), bet jūlijā un septembrī tās samazināšanās.
Kazaņas-Opornajas, Kaibitsas un Arskas stacijās koeficients b visos trīs mēnešos ir pozitīvs, kas atbilst pērkona negaisu pieaugumam.
Pie st. Agryz, mazā izlases lieluma dēļ ir grūti runāt par negaisa aktivitātes intensitātes izmaiņu raksturu, taču var atzīmēt, ka maijā un jūlijā ir vērojams samazinājums, bet septembrī - negaisa pieaugums. aktivitāte.
Kazaņas Valsts universitātes stacijā maijā un jūlijā koeficients b ir pozitīvs, un septembrī tam ir mīnusa zīme.
Koeficients b ir maksimālais jūlijā st. Kaibitsy (b=0,0577), minimums - jūlijā st. Laiševo.
3.3. Pērkona negaisa dienu skaita regresijas atkarības analīze no vilku skaitļiem

Aprēķini tika veikti vasaras centrālajam mēnesim - jūlijam (15.tabula), līdz ar to izlase bija N=40 jūlijs no 1940. līdz 1980.gadam.
Veicot atbilstošos aprēķinus, mēs saņēmām šādus rezultātus:
Koeficienta a ticamības varbūtība visās stacijās ir gandrīz nulle. Arī koeficienta b ticamības varbūtība lielākajā daļā staciju maz atšķiras no nulles un atrodas intervālā 0,23?b?1,00.
Korelācijas koeficients visās stacijās, izņemot st. Agryz, ir negatīvs un nepārsniedz vērtību r=0,5, determinācijas koeficients šajās stacijās nepārsniedz vērtību r 2 =20,00.
Pie st. Agryz korelācijas koeficients ir pozitīvs un lielākais r=0,51, ticamības varbūtība r 2 =25,90.
Secinājums

Rezultātā pro utt.............

Kā veidojas negaisa mākonis?

Kas ir zināms par negaisa mākoni?

Vidēji tiek uzskatīts, ka negaisa mākoņa diametrs ir 20 km un tā kalpošanas laiks ir 30 minūtes. Saskaņā ar dažādām aplēsēm jebkurā brīdī uz zemeslodes ir no 1800 līdz 2000 negaisa mākoņu. Tas atbilst ikgadējiem 100 000 pērkona negaisu uz planētas. Apmēram 10% no tiem kļūst ārkārtīgi bīstami.

Kopumā atmosfērai ir jābūt nestabilai – gaisa masām pie zemes virsmas jābūt vieglākām par augstākos slāņos izvietoto gaisu. Tas ir iespējams, kad tiek uzkarsēta pamata virsma un no tās - gaisa masa, kā arī augsta mitruma klātbūtne, kas ir visizplatītākā. Iespējams, kādu dinamisku iemeslu dēļ vēsākas gaisa masas ieplūst virsējos slāņos. Rezultātā atmosfērā siltāks un mitrāks gaisa apjomi, iegūstot peldspēju, steidzas uz augšu, un no augšējiem slāņiem nolaižas aukstākas daļiņas. Tādā veidā siltums, ko zemes virsma saņem no saules, tiek transportēts uz atmosfēras augšējiem slāņiem. Šādu konvekciju sauc par brīvu. Atmosfēras frontes zonās, kalnos, to pastiprina arī piespiedu gaisa masu pieauguma mehānisms.

Augošā gaisā esošie ūdens tvaiki atdziest, kondensējas, veidojot mākoņus un izdalot siltumu. Mākoņi aug uz augšu, sasniedzot augstumu, kurā tiek novērota negatīva temperatūra. Daļa mākoņu daļiņu sasalst, un daļa paliek šķidra. Abiem ir elektriskais lādiņš. Ledus daļiņas parasti ir pozitīvi uzlādētas, bet šķidrās daļiņas ir negatīvi uzlādētas. Daļiņas turpina augt un sāk nosēsties gravitācijas laukā – veidojas nokrišņi. Notiek kosmosa lādiņu uzkrāšanās. Mākoņa augšējā daļā veidojas pozitīvs lādiņš, bet apakšā – negatīvs (patiesībā tiek atzīmēta sarežģītāka struktūra, var atzīmēt 4 kosmosa lādiņus, dažreiz tā var būt inversija utt.). Kad elektriskā lauka intensitāte sasniedz kritisko vērtību, notiek izlāde – redzam zibeni un pēc kāda laika dzirdam no tā izplūstošu skaņas vilni jeb pērkonu.

Pērkona mākonis sava dzīves cikla laikā parasti iziet trīs posmus: veidošanās, maksimālā attīstība un izkliedēšana.

Pirmajā posmā gubu mākoņi aug augšup augšupejošu gaisa kustību dēļ. Gubmākoņi parādās kā skaisti balti torņi. Šajā posmā nokrišņu nav, taču nav izslēgts arī zibens. Tas var ilgt līdz 10 minūtēm.

Maksimālās attīstības stadijā mākonī turpinās kustības augšup, bet tajā pašā laikā no mākoņa jau sāk līt ārā nokrišņi, parādās spēcīgas kustības lejup. Un, kad šī lejupvērstā atdzesētā plūsma ar nokrišņiem sasniedz zemi, veidojas brāzmu fronte jeb vētras līnija. Maksimālā mākoņu attīstības stadija ir laiks, kad ir vislielākā stipra lietus, krusas, biežas zibens, vētru un viesuļvētru iespējamība. Mākonis parasti ir tumšā krāsā. Šis posms ilgst no 10 līdz 20 minūtēm, bet var būt ilgāks.

Galu galā nokrišņi un lejupejošā gaisa plūsma sāk izskalot mākoni. Zemes virspusē vētru līnija iet tālu no mākoņa, nogriežot to no siltā un mitrā gaisa pieplūdes avota. Lietus intensitāte samazinās, bet zibens joprojām ir bīstams.

Pilnīgas neparedzamības un milzīgās jaudas dēļ zibens(zibens izlādes), tie rada potenciālu apdraudējumu daudzām elektroenerģijas iekārtām. Mūsdienu zinātne ir uzkrājusi lielu daudzumu teorētiskās informācijas un praktisku datu par zibens aizsardzība un zibens aktivitāte, un tas ļauj atrisināt nopietnas problēmas, kas saistītas ar rūpnieciskās un civilās enerģētikas infrastruktūras zibensaizsardzību. Šajā rakstā apskatīta fiziskā pērkona negaisu raksturs un zibens uzvedību, kuras zināšanas noderēs efektīvas zibensaizsardzības sakārtošanai un integrētas sistēmas izveidei elektrisko apakšstaciju zemēšanai.

Dabas zibens un negaisa mākoņi

Siltajā sezonā vidējos platuma grādos, ciklona kustības laikā, ar pietiekamu mitrumu un spēcīgām augšupejošām gaisa straumēm, bieži notiek zibens izlādes (zibens). Šīs dabas parādības cēlonis ir milzīga atmosfēras elektrības (uzlādēto daļiņu) koncentrācija negaisa mākoņos, kuros augšupejošu strāvu klātbūtnē tiek atdalīti negatīvie un pozitīvie lādiņi, uzkrājoties lādētām daļiņām dažādās mākoņa daļās. Mūsdienās pastāv vairākas teorijas par atmosfēras elektrību un negaisa mākoņu elektrifikāciju kā svarīgākajiem faktoriem, kas tieši ietekmē integrētas zibensaizsardzības un energoiekārtu zemējuma projektēšanu un izveidi.

Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām lādētu daļiņu veidošanās mākoņos ir saistīta ar elektriskā lauka klātbūtni Zemes tuvumā, kam ir negatīvs lādiņš. Netālu no planētas virsmas elektriskā lauka stiprums ir 100 V/m. Šī vērtība visur ir gandrīz vienāda, tā nav atkarīga no mērījumu laika un vietas. Zemes elektriskais lauks ir saistīts ar brīvi lādētu daļiņu klātbūtni atmosfēras gaisā, kas atrodas pastāvīgā kustībā.

Piemēram, 1 cm3 gaisa ir vairāk nekā 600 pozitīvi lādētu daļiņu un tikpat daudz negatīvi lādētu daļiņu. Attālumam no zemes virsmas gaisā strauji palielinās daļiņu blīvums ar lādiņu. Zemes tuvumā gaisa elektrovadītspēja ir niecīga, taču jau vairāk nekā 80 km augstumā elektrovadītspēja palielinās par 3 000 000 000 (!) un kļūst vienāda ar saldūdens vadītspēju. Ja mēs zīmējam analoģijas, tad pirmajā tuvinājumā mūsu planētu var salīdzināt ar milzīgu kondensatoru bumbiņas formā.

Šajā gadījumā par plāksnēm tiek ņemta Zemes virsma un gaisa slānis, kas koncentrēts astoņdesmit kilometru augstumā virs zemes virsmas. 80 km biezā atmosfēras daļa, kurai ir zema elektrovadītspēja, darbojas kā izolators. Starp virtuālā kondensatora plāksnēm rodas spriegums līdz 200 kV, un strāvas stiprums var būt līdz 1400 A. Šādam kondensatoram ir neticama jauda - aptuveni 300 000 kW (!). Planētas elektriskajā laukā augstumā no 1 līdz 8 kilometriem no zemes virsmas kondensējas uzlādētas daļiņas un notiek pērkona negaiss, kas pasliktina elektromagnētisko vidi un ir impulsa trokšņa avots energosistēmās.

Pērkona negaisa parādības iedala frontālos un termiskos pērkona negaisos. Uz att. 1 parādīta termiskā pērkona negaisa parādīšanās diagramma. Intensīvas saules gaismas iedarbības rezultātā zemes virsma sasilst. Daļa siltumenerģijas nonāk atmosfērā un sasilda tās apakšējos slāņus. Siltās gaisa masas izplešas un paceļas augstāk. Jau divu kilometru augstumā tie sasniedz zemas temperatūras apgabalu, kur notiek mitruma kondensācija un veidojas negaisa mākoņi. Šos mākoņus veido mikroskopiski ūdens pilieni, kas nes lādiņu. Parasti negaisa mākoņi veidojas karstās vasaras dienās pēcpusdienā un ir salīdzinoši nelieli.

Frontālie pērkona negaiss veidojas apstākļos, kad divas gaisa plūsmas ar atšķirīgu temperatūru saduras ar to frontālajām daļām. Gaisa plūsma ar zemu temperatūru iet uz leju, tuvāk zemei, un siltās gaisa masas plūst uz augšu (2. att.). Pērkona mākoņi veidojas augstumā ar zemu temperatūru, kur kondensējas mitrais gaiss. Frontālie pērkona negaiss var būt diezgan liels un aptvert ievērojamu platību.

Tajā pašā laikā ir jūtami izkropļota fona elektromagnētiskā vide, radot impulsu troksni elektrotīklos. Šādas frontes pārvietojas ar ātrumu no 5 līdz 150 km/h un vairāk. Atšķirībā no termiskajiem pērkona negaisiem, frontālie pērkona negaiss ir aktīvi gandrīz visu diennakti un rada nopietnus draudus industriālajiem objektiem, kas nav aprīkoti ar zibensaizsardzības sistēmu un efektīvu zemējumu. Kondensācijas laikā aukstā gaisa elektriskajā laukā veidojas polarizēti ūdens pilieni (3. att.): pilienu apakšējā daļā ir pozitīvs lādiņš, bet augšējā daļā – negatīvs.

Augšupceļu gaisa straumju dēļ notiek ūdens pilienu atdalīšanās: mazāki paceļas uz augšu, bet lielie nokrīt zemāk. Pilienam virzoties uz augšu, negatīvi lādētā piliena daļa piesaista pozitīvos lādiņus un atgrūž negatīvos. Tā rezultātā piliens kļūst pozitīvi uzlādēts. pamazām savāc pozitīvu lādiņu. Pilieni, kas krīt uz leju, piesaista negatīvus lādiņus un krītot kļūst negatīvi uzlādēti.

Lādētu daļiņu sadalīšanās negaisa mākonī notiek līdzīgi: augšējā slānī uzkrājas pozitīvi lādētas daļiņas, bet apakšējā slānī uzkrājas negatīvi lādētas daļiņas. Pērkona mākonis praktiski nav diriģents, un šī iemesla dēļ lādiņi kādu laiku tiek saglabāti. Ja spēcīgāks mākoņa elektriskais lauks atstās iespaidu uz "skaidra laika" elektrisko lauku, tad tas vietā mainīs virzienu (4. att.).

Lādēto daļiņu sadalījums mākoņu masā ir ārkārtīgi nevienmērīgs:
dažos punktos blīvumam ir maksimālā vērtība, bet citos - maza vērtība. Liela skaita lādiņu uzkrāšanās vietā veidojas spēcīgs elektriskais lauks ar kritisko intensitāti 25-30 kV / cm, rodas piemēroti apstākļi zibens veidošanai. Zibens zibens izlāde ir kā dzirkstele, kas novērota spraugā starp elektrodiem, kas labi vada elektrību.

Atmosfēras gaisa jonizācija

Atmosfēras gaiss sastāv no gāzu maisījuma: slāpekļa, skābekļa, inertu gāzu un ūdens tvaiku. Šo gāzu atomi apvienojas spēcīgās un stabilās saitēs, veidojot molekulas. Katrs atoms ir protonu kodols ar pozitīvu lādiņu. Elektroni ar negatīvu lādiņu ("elektronu mākonis") griežas ap kodolu.

Kvantitatīvā izteiksmē kodola lādiņš un kopējais elektronu lādiņš ir vienādi. Jonizācijas laikā elektroni atstāj atomu (molekulu). Atmosfēras jonizācijas procesā veidojas 2 lādētas daļiņas: pozitīvais jons (kodols ar elektroniem) un negatīvais jons (brīvais elektrons). Tāpat kā daudzām fizikālām parādībām, jonizācijai ir nepieciešams noteikts enerģijas daudzums, ko sauc par gaisa jonizācijas enerģiju.

Kad gaisa slānī, ko veido 2 vadošie elektrodi, rodas pietiekams spriegums, tad visas brīvi lādētās daļiņas elektriskā lauka intensitātes ietekmē sāk sakārtoti kustēties. Elektrona masa ir daudzkārt (10 000 ... 100 000 reižu) mazāka par kodola masu. Rezultātā, brīvam elektronam pārvietojoties gaisa slāņa elektriskajā laukā, šīs uzlādētās daļiņas ātrums ir daudz lielāks par kodola ātrumu. Ar ievērojamu impulsu elektrons viegli atdala jaunus elektronus no molekulām, tādējādi padarot jonizāciju intensīvāku. Šo parādību sauc par triecienjonizāciju (5. att.).

Tomēr ne katrā sadursmē elektrons tiek atdalīts no molekulas. Dažos gadījumos elektroni pārvietojas uz nestabilām orbītām, kas atrodas tālu no kodola. Šādi elektroni daļu enerģijas saņem no sadursmes elektrona, kas noved pie molekulas ierosmes (6. att.).

Uzbudinātas molekulas "dzīves" periods ir tikai 10-10 sekundes, pēc tam elektrons atgriežas savā agrākajā, enerģētiski stabilākajā orbītā.

Kad elektrons atgriežas stabilā orbītā, ierosinātā molekula izstaro fotonu. Savukārt fotons noteiktos apstākļos var jonizēt citas molekulas. Šo procesu sauc par fotojonizāciju (7. att.). Ir arī citi fotojonizācijas avoti: augstas enerģijas kosmiskie stari, ultravioletās gaismas viļņi, radioaktīvais starojums u.c. (8. att.).

Parasti gaisa molekulu jonizācija notiek augstā temperatūrā. Temperatūrai paaugstinoties, termiskajā (haotiskajā) kustībā iesaistītās gaisa molekulas un brīvie elektroni iegūst lielāku enerģiju un biežāk saduras viens ar otru. Šādu sadursmju rezultāts ir gaisa jonizācija, ko sauc par termisko jonizāciju. Taču var notikt arī reversie procesi, kad lādētas daļiņas neitralizē savus lādiņus (rekombinācija). Rekombinācijas procesā tiek novērota intensīva fotonu emisija.

Strimēru veidošanās un koronaizlāde

Palielinoties elektriskā lauka intensitātei līdz kritiskajām vērtībām gaisa spraugā starp uzlādētajām plāksnēm, var attīstīties triecienjonizācija, kas ir biežs augstfrekvences impulsa trokšņa cēlonis. Tās būtība ir šāda: pēc jonizācijas ar vienas molekulas elektronu parādās divi brīvi elektroni un viens pozitīvs jons. Sekojošās sadursmes noved pie 4 brīvu elektronu un 3 jonu parādīšanās ar pozitīvu lādiņu.

Tādējādi jonizācija iegūst lavīnai līdzīgu raksturu, ko pavada milzīga brīvo elektronu un pozitīvo jonu veidošanās (9. un 10. att.). Pozitīvie joni uzkrājas negatīvā elektroda tuvumā, un negatīvi lādētie elektroni pārvietojas uz pozitīvo elektrodu.

Jonizācijas procesā brīvie elektroni iegūst lielāku mobilitāti nekā joni, tāpēc pēdējos nosacīti var uzskatīt par nekustīgām daļiņām. Kad elektroni pāriet uz pozitīvo elektrodu, atlikušie pozitīvie lādiņi spēcīgi ietekmē elektriskā lauka stāvokli, tādējādi palielinot tā stiprumu. Liels fotonu skaits paātrina gaisa jonizāciju anoda tuvumā un veicina sekundāro elektronu rašanos (11. att.), kas ir atkārtotu lavīnu avoti (12. att.).

Rezultātā radušās sekundārās lavīnas virzās uz anodu, kur koncentrējas pozitīvais lādiņš. Brīvie elektroni izlaužas cauri pozitīvajam telpas lādiņam, kā rezultātā veidojas diezgan šaurs kanāls (streamer), kurā atrodas plazma. Pateicoties lieliskajai vadītspējai, straumētājs “pagarina” anodu, savukārt tiek paātrināts brīvo elektronu lavīnu veidošanās process un notiek tālāka elektriskā lauka intensitātes palielināšanās (13. un 14. att.), virzoties uz elektrības galvu. straumētājs. Papildu elektroni sajaucas ar pozitīvajiem joniem, atkal novedot pie plazmas veidošanās, kā rezultātā straumēšanas kanāls pagarinās.

Rīsi. 13. Elektriskā lauka intensitātes palielināšanos pavada fotojonizācijas palielināšanās un rodas jaunas lādētu daļiņu lavīnas.

Pēc brīvās spraugas piepildīšanas ar straumi sākas izlādes dzirksteles stadija (15. att.), kam raksturīga īpaši spēcīga telpas termiskā jonizācija un plazmas kanāla ultravadītspēja.

Aprakstītais straumēšanas process ir derīgs nelielām spraugām, kurām raksturīgs vienmērīgs elektriskais lauks. Tomēr pēc formas visi elektriskie lauki ir sadalīti viendabīgos, nedaudz neviendabīgos un asi neviendabīgos:

• Vienmērīgā elektriskā laukā intensitāti gar spēka līnijām raksturo nemainīga vērtība. Piemēram, elektriskais lauks plakana tipa kondensatora vidusdaļā.
• Vāji neviendabīgā laukā intensitātes vērtības, kas mērītas pa spēka līnijām, atšķiras ne vairāk kā 2 ... 3 reizes, šāds lauks tiek uzskatīts par vāji nehomogēnu. Piemēram, elektriskais lauks starp 2 sfēriskiem novadītājiem vai elektriskais lauks, kas rodas starp ekranēta kabeļa apvalku un tā serdi.
• Elektrisko lauku sauc par krasi neviendabīgu, ja tam ir raksturīgs ievērojams spēka lēciens, kas izraisa nopietnu elektromagnētiskās vides pasliktināšanos. Rūpnieciskajās elektroinstalācijās elektriskajiem laukiem parasti ir krasi neviendabīga forma, kas prasa elektromagnētiskās savietojamības ierīču pārbaudi.

Strauji neviendabīgā laukā jonizācijas procesi tiek savākti pozitīvā vai negatīvā elektroda tuvumā. Tāpēc izlāde nevar sasniegt dzirksteles stadiju, un šajā gadījumā lādiņš veidojas vainaga veidā ("korona izlāde"). Tālāk palielinoties elektriskā lauka intensitātei, gaisa spraugā veidojas straumi un rodas dzirksteļaizlāde. Tātad, ja spraugas garums ir viens metrs, tad dzirksteļaizlāde notiek pie lauka intensitātes aptuveni 10 kV/cm.

Vadošais zibensizlādes veids

Tā kā gaisa spraugas izmēri ir vairāki metri, veidojamajām strēmelēm nav pietiekamas vadītspējas pilnvērtīgas izlādes attīstībai. Straumētājam kustoties veidojas zibens izlāde, kas iegūst līdera formu. Kanāla daļa, ko sauc par līderi, ir piepildīta ar termiski jonizētām daļiņām. Līdera kanālā ir koncentrēts ievērojams daudzums lādētu daļiņu, kuru blīvums ir daudz lielāks nekā vidējais straumētājam. Šis īpašums nodrošina labus apstākļus straumētāja veidošanai un pārtapšanai par līderi.

Rīsi. 16. Straumētāja kustības process un negatīvā līdera rašanās (AB ir sākotnējā lavīna; CD ir izveidotais straumētājs).

Uz att. 16 parādīta klasiska shēma negatīva līdera rašanās gadījumā. Brīvo elektronu plūsma virzās no katoda uz anodu. Izšķīlušies konusi parāda izveidotās elektronu lavīnas, un izstaroto fotonu trajektorijas ir parādītas kā viļņotas līnijas. Katrā lavīnā elektronu sadursmes jonizē gaisu, un iegūtie fotoni vēl vairāk jonizē citas gaisa molekulas. Jonizācija iegūst milzīgu raksturu, un daudzas lavīnas saplūst vienā kanālā. Fotonu ātrums ir 3*108 m/s, un brīvi kustīgo elektronu ātrums lavīnas frontālajā daļā ir 1,5*105 m/s.

Straumētāja attīstība ir ātrāka nekā elektronu lavīnas attīstība. Uz att. 16. attēlā redzams, ka pirmās lavīnas distances AB pārejas laikā segmentā CD veidojas straumēšanas kanāls ar ultravadītspēju visā garumā. Standarta straume pārvietojas ar vidējo ātrumu 106-107 m/s. Ja brīvajiem elektroniem ir pietiekami augsta koncentrācija, straumēšanas kanālā notiek intensīva termiskā jonizācija, kas noved pie līdera, lineāras struktūras ar plazmas komponentu parādīšanās.

Līdera kustības laikā tās beigu daļā veidojas jauni strīmeri, kas vēlāk arī pāriet līderā. Uz att. 17. attēlā parādīta negatīvā līdera attīstība gaisa spraugā ar neviendabīgu elektrisko lauku: līderis pārvietojas pa straumētāja kanālu (17.a att.); pēc tam, kad ir pabeigta straumētāja kanāla pārveidošana par līderi, parādās jaunas lavīnas.

Rīsi. 17. Negatīvā līdera veidošanās un attīstības shēma ilgā laika periodā.

Visā gaisa spraugā pārvietojas elektronu lavīnas (17.b att.) un veidojas jauns straumētājs (17.c att.). Parasti straumētāji pārvietojas pa nejaušām trajektorijām. Ar šādu zibens izlādes veidošanos paplašinātās gaisa spraugās pat pie zema elektriskā lauka stipruma (no 1000 līdz 2000 V/cm) līderis ātri veic ievērojamus attālumus.

Kad līderis sasniedz pretējo elektrodu, zibensizlādes līdera stadija beidzas un sākas reversās (galvenās) izlādes posms. Šajā gadījumā pa līdera kanālu no zemes virsmas izplatās elektromagnētiskais vilnis, kura dēļ līdera potenciāls samazinās līdz nullei. Tādējādi starp elektrodiem veidojas supravadošs kanāls, caur kuru iziet zibens izlāde.

Zibensizlādes attīstības stadijas

Zibens rašanās apstākļi veidojas tajā negaisa mākoņa daļā, kur lādēto daļiņu uzkrāšanās un elektriskā lauka stiprums ir sasnieguši sliekšņa vērtības. Šajā brīdī attīstās triecienjonizācija un veidojas elektronu lavīnas, pēc tam foto- un termiskās jonizācijas ietekmē parādās strīmeri, kas pārtop līderos.

a - vizuālais displejs; b - strāvas raksturlielums.

Zibens garums ir no simtiem metru un var sasniegt pat vairākus kilometrus (vidējais zibens izlādes garums ir 5 km). Pateicoties vadošajam attīstības veidam, zibens sekundes daļas laikā spēj nobraukt ievērojamus attālumus. Cilvēka acs uztver zibeni kā nepārtrauktu līniju, kurā ir viena vai vairākas spilgtas baltas, gaiši rozā vai spilgti zilas joslas. Faktiski zibens izlāde ir vairāki impulsi, kas ietver divus posmus: līdera un apgrieztās izlādes stadiju.

Uz att. 18 parāda zibens impulsu laika slīdēšanu, kas parāda pirmā impulsa līdera stadijas izlādi, kas attīstās soļu veidā. Vidēji soļa līnija ir piecdesmit metri, un aizkave starp blakus esošajiem soļiem sasniedz 30-90 μs. Līdera vidējais izplatīšanās ātrums ir 105...106 m/s.

Līdera attīstības pakāpeniskā forma ir izskaidrojama ar to, ka ir nepieciešams zināms laiks vadošā straumētāja izveidošanai (pauze starp soļiem). Turpmākie impulsi pārvietojas pa jonizēto kanālu un tiem ir izteikta bultiņas formas līdera stadija. Pēc tam, kad līderis sasniedz 1. zemes virsmas impulsu, parādās jonizēts kanāls, pa kuru pārvietojas lādiņš. Šajā brīdī sākas zibens izlādes 2. stadija (reversā izlāde).

Galvenā izlāde ir redzama nepārtrauktas spilgtas līnijas veidā, kas caurdur telpu starp negaisa mākoņiem un zemi (lineārs zibens). Pēc tam, kad galvenā izlāde sasniedz mākoni, plazmas kanāla spīdums samazinās. Šo fāzi sauc par pēcspīdēšanu. Vienā zibens izlādes laikā tiek atzīmēti līdz divdesmit atkārtotiem impulsiem, un pašas izlādes ilgums sasniedz 1 vai vairāk sekundes.

Četros no desmit gadījumiem ir vairākkārtēja zibens izlāde, kas ir impulsa trokšņa cēlonis elektrotīklos. Vidēji tiek atzīmēti 3 ... 4 impulsi. Atkārtotu impulsu raksturs ir saistīts ar pērkona mākonī atlikušo lādiņu pakāpenisku pieplūdumu plazmas kanālā.

Selektīva zibensizlādes darbība

Kad līdera kanāls tikai sāk attīstīties, elektriskā lauka stiprumu tā galvā nosaka līdera lādiņa apjoms un lielapjoma lādētu daļiņu uzkrāšanās zem negaisa mākoņa. Izlādes prioritārais virziens ir atkarīgs no maksimālā elektriskā lauka intensitātes. Ievērojamā augstumā šo virzienu nosaka tikai līdera kanāls (19. att.).

Kad zibensizlādes vadošais kanāls virzās uz zemes virsmu, tā elektrisko lauku izkropļo zemes lauks un masīvas uz zemes esošās enerģijas iekārtas. Zibens līdera maksimālās intensitātes vērtības un izplatīšanās virzienu nosaka gan tā paša lādiņi, gan lādiņi, kas koncentrēti uz zemes, kā arī uz mākslīgām konstrukcijām (20. att.).

Līdera galvas augstums H virs zemes virsmas, pie kura uz zemes un pie energoobjektiem uzkrājas ievērojama ietekme uz lādiņu lauku līdera elektrisko lauku, kas var mainīt līdera kustības virzienu, sauc par zibensizlādes orientācijas augstumu.
Jo vairāk elektrisko lādiņu atrodas līdera kanālā, jo lielākas var notikt zibens kustības trajektorijas izmaiņas.

21. attēlā redzama galvenās izplūdes kustība no zemes virsmas uz negaisa mākoni un līdera izplatīšanās virzienā uz zemi (līdzenu virsmu).

Zibensizlādei virzoties uz augstceltnes zemes konstrukciju (elektrības pārvades torni vai torni) pret līderu izlādi, kas izplatās no negaisa mākoņa uz zemes virsmu, no zemes balsta veidojas pretlīderis (22. att.). Šajā gadījumā galvenā izlāde notiek līderu savienojuma vietā un pārvietojas abos virzienos.

Rīsi. 22. Vadošā posma (augšā) un galvenās izlādes stadijas (apakšā) attīstība, zibens izlādei ietriecoties metāla balstā.

Zibens veidošanās process liecina, ka konkrētā zibens spēriena vieta tiek noteikta līdera stadijā. Ja tieši zem negaisa mākoņa atrodas augstceltnes zemes konstrukcija (piemēram, televīzijas tornis vai elektrolīnijas balsts), tad topošais līderis virzīsies uz zemi pa īsāko ceļu, tas ir, līdera virzienā, kas stiepjas. uz augšu no zemes struktūras.

Balstoties uz praktisko pieredzi, var secināt, ka visbiežāk zibens iesper tajās elektroiekārtās, kurām ir efektīvs zemējums un kas labi vada elektrību. Vienādā augstumā zibens iesper objektā, kuram ir labāks zemējums un augsta elektrovadītspēja. Dažādos energoiekārtu augstumos un arī blakus esošajai zemei ​​ir atšķirīga pretestība, zibens var iespert zemākā objektā, kas atrodas uz zemes ar labāku vadītspēju (23. att.).

Rīsi. 23. Selektīva zibensizlādes uzņēmība: augsne ar augstu elektrovadītspēju (a); augsne ar samazinātu vadītspēju (b).

Šis fakts ir skaidrojams ar to, ka līdera stadijas attīstības laikā vadīšanas strāvas plūst pa ceļu ar paaugstinātu vadītspēju, tāpēc atsevišķos apgabalos notiek ar līderi saistīto lādiņu koncentrācija. Tā rezultātā palielinās lādiņu elektriskā lauka ietekme uz zemes virsmu uz topošā līdera elektrisko lauku. Tas izskaidro zibens selektivitāti. Parasti visbiežāk tiek ietekmētas augsnes platības un uz zemes balstītas mākslīgās konstrukcijas ar augstu vadītspēju. Praksē konstatēts, ka uz augstsprieguma elektrolīnijām zibens iesper ne vairāk kā trešdaļā no stingri noteiktās vietās izvietotajiem balstiem.

Sauszemes objektu zibensizlādes selektīvo bojājumu teorija ir guvusi praktisku apstiprinājumu elektrisko apakšstaciju elektroiekārtu zibensaizsardzības un zemējuma sakārtošanā. Tajās vietās, kurām raksturīga zema vadītspēja, zibens spēriens bija daudz mazāks. Uz att. 24 parāda elektrisko lauku starp zemi un negaisa mākoni pirms zibens spēriena.

Pakāpeniski mainoties negaisa mākoņa elektriskā lauka stiprumam, augsnes vadītspēja nodrošina lādiņu skaita līdzsvaru, mainoties mākoņa elektriskajam laukam. Zibensizlādes laikā lauka intensitāte mainās tik strauji, ka augsnes zemās vadītspējas dēļ nav laika pārdalīt lādiņus. Lādiņu koncentrācija atsevišķās vietās noved pie elektriskā lauka intensitātes palielināšanās starp raksturīgajām vietām un negaisa mākoni (25. att.), tāpēc zibens izlāde selektīvi sitas šajās vietās.

Tas skaidri apstiprina zibensizlādes selektivitātes teoriju, saskaņā ar kuru līdzīgos apstākļos zibens vienmēr iekrīt tajās vietās, kur ir paaugstināta augsnes elektrovadītspēja.

Galvenie zibens parametri

Lai raksturotu zibens strāvu, tiek izmantoti šādi parametri:

• Zibens strāvas impulsa maksimālā vērtība.
• Zibens strāvas frontes stāvuma pakāpe.
• Pašreizējā impulsa priekšpuses ilgums.
• Pilns impulsa ilgums.

Zibens strāvas impulsa ilgums ir laiks, kas nepieciešams, lai reversā izlāde šķērsotu attālumu starp zemi un negaisa mākoni (20...100 µs). Zibens strāvas impulsa priekšpuse šajā gadījumā ir diapazonā no 1,5 līdz 10 µs.

Zibensizlādes strāvas impulsa vidējais ilgums ir vienāds ar 50 μs. Šī vērtība ir zibens strāvas impulsa standarta vērtība, pārbaudot ekranēto kabeļu dielektrisko izturību: tiem ir jāiztur tieši zibens spērieni un jāsaglabā izolācijas integritāte. Lai pārbaudītu izolācijas stiprību, pakļaujot zibens sprieguma impulsiem (testus regulē GOST 1516.2-76), tiek pieņemts standarta zibens sprieguma impulss, kas parādīts attēlā. 26 (aprēķinu ērtībai faktiskā priekšpuse tiek samazināta līdz līdzvērtīgai slīpajai frontei).

Uz pārsprieguma pārsprieguma vertikālās ass līmenī, kas vienāds ar 0,3 Umax un 0,9 Umax, ir atzīmēti kontroles punkti, kas savienoti ar taisnu līniju. Šīs taisnes krustojums ar laika asi un horizontālo taisnes pieskari Umax ļauj noteikt impulsa ilgumu Tf. Standarta zibens impulsa vērtība ir 1,2/50: kur Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (kopējais impulsa ilgums).

Vēl viens svarīgs zibens impulsa raksturlielums ir sprieguma strāvas pieauguma ātrums impulsa priekšpusē (priekšējais slīpums, A * μs). 1. tabulā parādīti galvenie zibens izlādes parametri līdzenam reljefam. Kalnos zibens strāvu svārstību amplitūda ir samazinājusies (gandrīz divas reizes), salīdzinot ar līdzenumu vērtībām. Tas izskaidrojams ar to, ka kalni atrodas tuvāk mākoņiem, tāpēc kalnainos apgabalos negaisa mākoņos zibens notiek ar daudz mazāku uzlādēto daļiņu blīvumu, kas noved pie zibens strāvu amplitūdas vērtību samazināšanās.

Saskaņā ar tabulu, zibens iespērot augstsprieguma elektropārvades torņos, rodas milzīgas strāvas - vairāk nekā 200 kA. Taču šādas zibens izlādes, kas izraisa ievērojamas strāvas, ir ārkārtīgi reti: strāvas, kas pārsniedz 100 kA, rodas ne vairāk kā 2% no kopējā zibens izlāžu skaita, bet strāvas, kas pārsniedz 150 kA, rodas mazāk nekā 0,5% gadījumu. Zibens strāvu amplitūdas vērtību varbūtiskais sadalījums atkarībā no strāvu amplitūdas vērtībām ir parādīts attēlā. 27. Apmēram 40% no visām zibens izlādēm ir strāvas, kas nepārsniedz 20 kA.

Rīsi. 28. Zibens strāvas impulsa priekšpuses stāvuma varbūtības sadalījuma līknes (%). 1. līkne - līdzeniem laukumiem; 2. līkne ir paredzēta kalnu apstākļiem.

Impulsu trokšņa līmenis un pārspriegumi, kas parādās energoiekārtās, ir atkarīgs no zibens izlādes impulsa strāvas priekšējās daļas faktiskā stāvuma. Stāvuma pakāpe atšķiras plašā diapazonā, un tai ir vāja korelācija ar zibens strāvu amplitūdas vērtībām. Uz att. 28. attēlā parādīts zibens strāvas frontālā impulsa stāvuma līmeņa varbūtības sadalījums līdzenumā (1. līkne) un kalnos (2. līkne).

Zibens strāvu ietekme

Zibens strāvu šķērsošanas laikā caur dažādiem objektiem pēdējie tiek pakļauti mehāniskai, elektromagnētiskai un termiskai ietekmei.
Ievērojama siltuma rašanās var iznīcināt mazu šķērsgriezumu metāla vadus (piemēram, drošinātāju saites vai telegrāfa vadus). Lai noteiktu zibens strāvas Im (kA) kritisko vērtību, pie kuras vadītājs kūst vai pat iztvaiko, tiek izmantota šāda formula

k - īpatnējais koeficients atkarībā no vadītāja materiāla (varš 300...330, alumīnijs 200...230, tērauds 115...440).
Q ir vadītāja šķērsgriezums, mm2;
tm ir zibens strāvas impulsa ilgums, µs.

Mazākā novadītāja (zibensnovedēja) daļa, kas garantē tā drošību zibens izlādes laikā elektroiekārtā, ir 28 mm2. Pie maksimālajām strāvas vērtībām tāda paša šķērsgriezuma tērauda vadītājs dažu mikrosekundu laikā uzsilst līdz simtiem grādu, taču saglabā savu integritāti. Ja tiek pakļauti zibens kanālam uz metāla daļām, tie var izkust līdz 3-4 mm dziļumam. Atsevišķu vadu pārrāvumi pie zibensaizsardzības kabeļiem elektropārvades līnijās bieži rodas zibens izlādes pārdegšanas dēļ zibens kanāla un kabeļa saskares vietās.

Šī iemesla dēļ tērauda zibens stieņiem ir ievērojamas sekcijas: zibensaizsardzības kabeļu šķērsgriezumam jābūt vismaz 35 mm2, bet zibens stieņu zibens stieņiem jābūt vismaz 100 mm2. Sprādzieni un ugunsgrēki var notikt, ja zibens kanāls iedarbojas uz degošiem un viegli uzliesmojošiem materiāliem (koksni, salmiem, degvielu un smērvielām, gāzveida kurināmo utt.). Zibensizlādes strāvas mehāniskā iedarbība izpaužas koka, ķieģeļu un akmens konstrukciju iznīcināšanā, kurās nav zibensaizsardzības un pilnvērtīga zemējuma.

Koka elektropārvades stabu šķelšanās skaidrojama ar to, ka zibens strāva, virzoties caur koksnes iekšējo struktūru, rada bagātīgu ūdens tvaiku izdalīšanos, kas ar savu spiedienu salauž koksnes šķiedras. Lietainā laikā koksnes skaldīšana notiek mazāk nekā sausā laikā. Tā kā slapjai koksnei ir raksturīga labāka vadītspēja, tāpēc zibens strāva iet galvenokārt pa koka virsmu, neradot būtiskus bojājumus koka konstrukcijām.

Zibensizlādes laikā no koka stabiem bieži izlaužas līdz trīs centimetriem biezi un līdz pieciem centimetriem plati koka gabali, un dažos gadījumos zibens pāršķeļ ar zemējumu neaprīkoto stabu statīvus un traversus uz pusēm. Šajā gadījumā izolatoru metāla elementi (bultskrūves un āķi) izlido no savām vietām un nokrīt zemē. Reiz zibens spēriens bija tik spēcīgs, ka milzīga apmēram 30 m augsta papele pārvērtās par mazu skaidu kaudzi.

Izejot cauri šaurām plaisām un mazām atverēm, zibens izlādes rada ievērojamus bojājumus. Piemēram, zibens strāvas viegli deformē uz elektropārvades līnijām uzstādītos cauruļveida novadītājus. Pat klasiskie dielektriķi (akmens un ķieģeļi) ir pakļauti spēcīgu izlādi postošai iedarbībai. Trieciena rakstura elektrostatiskie spēki, kurus atlikušie lādiņi viegli iznīcina biezu sienu ķieģeļu un mūra ēkas.

Galvenās zibens izlādes posmā tās spēriena vietas tuvumā energoobjektu vadītājos un metāla konstrukcijās rodas impulsu uztveršana un pārspriegumi, kas, izejot cauri energoobjektu zemējumam, rada augstfrekvences impulsu troksni un ievērojamu spriegumu. kritums sasniedz 1000 kV vai vairāk. Zibens izlādes var notikt ne tikai starp negaisa mākoņiem un zemi, bet arī starp atsevišķiem mākoņiem. Šāds zibens ir pilnīgi drošs elektroiekārtu personālam un aprīkojumam. Tajā pašā laikā zibens izlādes, kas sasniedz zemi, rada nopietnus draudus cilvēkiem un tehniskajām ierīcēm.

Pērkona negaisa darbība Krievijas Federācijas teritorijā

Dažādās mūsu valsts vietās pērkona negaisa aktivitātes intensitātei ir būtiskas atšķirības. Ziemeļu rajonos vērojama vājākā pērkona negaisa aktivitāte. Virzoties uz dienvidiem, vērojama pērkona negaisa aktivitātes palielināšanās, ko raksturo dienu skaits gadā, kad bija pērkona negaiss. Vidējais pērkona negaisu ilgums vienai negaisa dienai Krievijas Federācijas teritorijā ir no 1,5 līdz 2 stundām. Pērkona negaisa aktivitāte jebkuram Krievijas Federācijas punktam tiek noteikta pēc īpašām pērkona negaisa aktivitātes meteoroloģiskajām kartēm, kuras tiek sastādītas, pamatojoties uz meteoroloģisko staciju ilgtermiņa novērojumiem (29. att.).

Interesanti fakti par zibeni:

• Teritorijās, kur pērkona negaisa aktivitāte ir 30 stundas gadā, divu gadu laikā uz katru zemes virsmas kvadrātkilometru vidēji notiek 1 zibens spēriens.
• Katru sekundi uz mūsu planētas virsmas notiek vairāk nekā simts zibens spērienu.