Paratrăsnet pentru copaci. Formarea descărcărilor de trăsnet Impactul curenților de trăsnet

Furtună - ce este? De unde vin fulgerele care taie tot cerul și bubuiturile amenințătoare ale tunetelor? O furtună este un fenomen natural. Fulgerul, numit fulger, se poate forma în interiorul norilor (cumulonimbus) sau între nori. Ele sunt de obicei însoțite de tunete. Fulgerele sunt asociate cu ploi abundente, vânturi puternice și adesea grindină.

Activitate

Furtuna este unul dintre cei mai periculoși oameni.Oamenii loviti de fulgere supraviețuiesc doar în cazuri izolate.

Există aproximativ 1.500 de furtuni care operează pe planetă în același timp. Intensitatea descărcărilor este estimată la o sută de fulgere pe secundă.

Distribuția furtunilor pe Pământ este neuniformă. De exemplu, sunt de 10 ori mai mulți dintre ele peste continente decât peste ocean. Majoritatea (78%) descărcărilor de fulgere sunt concentrate în zonele ecuatoriale și tropicale. Furtunile sunt înregistrate mai ales în Africa Centrală. Dar regiunile polare (Antarctica, Arctica) și polii fulgerului practic nu sunt vizibili. Intensitatea unei furtuni se dovedește a fi legată de corpul ceresc. La latitudinile mijlocii, vârful său are loc în orele după-amiezii (din timpul zilei), vara. Dar minimul a fost înregistrat înainte de răsăritul soarelui. Caracteristicile geografice sunt de asemenea importante. Cele mai puternice centre de furtună sunt situate în Cordillera și Himalaya (regiunile muntoase). Numărul anual de „zile cu furtună” variază și în Rusia. În Murmansk, de exemplu, sunt doar patru dintre ei, în Arhangelsk - cincisprezece, Kaliningrad - optsprezece, Sankt Petersburg - 16, Moscova - 24, Bryansk - 28, Voronezh - 26, Rostov - 31, Soci - 50, Samara - 25, Kazan și Ekaterinburg - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Cita - 27, Irkutsk și Yakutsk - 12, Blagoveshchensk - 28, Vladivostok - 13, Khabarovsk - 25, Yuzhnovlovsk --7 Kamchatsky - 1.

Dezvoltarea unei furtuni

Cum merge? se formează numai în anumite condiţii. Trebuie să existe fluxuri ascendente de umiditate și trebuie să existe o structură în care o fracțiune a particulelor este în stare de gheață, cealaltă în stare lichidă. Convecția care va duce la dezvoltarea unei furtuni va avea loc în mai multe cazuri.

Încălzirea neuniformă a straturilor de suprafață. De exemplu, peste apă cu o diferență semnificativă de temperatură. Peste orașele mari, intensitatea furtunii va fi puțin mai puternică decât în ​​zonele învecinate.

Când aerul rece înlocuiește aerul cald. Convenția frontală se dezvoltă adesea simultan cu norii de acoperire și norii nimbostratuși.

Când aerul se ridică în lanțurile muntoase. Chiar și altitudinile joase pot duce la creșterea formațiunilor de nori. Aceasta este convecția forțată.

Orice nor de tunsoare, indiferent de tipul său, trece în mod necesar prin trei etape: cumulus, maturitate și dezintegrare.

Clasificare

De ceva vreme, furtunile au fost clasificate doar la locul de observare. Ele au fost împărțite, de exemplu, în ortografice, locale și frontale. Acum furtunile sunt clasificate după caracteristici în funcție de mediile meteorologice în care se dezvoltă. se formează din cauza instabilităţii atmosferice. Aceasta este condiția principală pentru crearea norilor de tunete. Caracteristicile unor astfel de fluxuri sunt foarte importante. În funcție de puterea și dimensiunea lor, se formează, respectiv, diferite tipuri de nori cu tunere. Cum sunt împărțiți?

1. Cumulonimbus unicelular, (local sau intramasă). Faceți activitate cu grindină sau furtună. Dimensiunile transversale variază de la 5 la 20 km, dimensiunile verticale - de la 8 la 12 km. Un astfel de nor „trăiește” până la o oră. După o furtună, vremea rămâne practic neschimbată.

2. cluster multi-celule. Aici scara este mai impresionantă - până la 1000 km. Un grup cu mai multe celule acoperă un grup de celule de furtună care se află în diferite stadii de formare și dezvoltare și, în același timp, formează un întreg. Cum sunt construite? Celulele mature de furtună sunt situate în centru, celulele care se dezintegrează în centru, dimensiunile lor transversale pot ajunge la 40 km. Furtunile cu descărcări electrice cu mai multe celule produc rafale de vânt (scuroase, dar nu puternice), ploaie și grindină. Existența unei celule mature este limitată la o jumătate de oră, dar grupul în sine poate „trăi” câteva ore.

3. Linii de squall. Acestea sunt, de asemenea, furtuni multicelulare. Se mai numesc si liniare. Ele pot fi fie solide, fie cu goluri. Rafalele de vânt aici sunt mai lungi (la marginea de atac). Când se apropie, o linie cu mai multe celule apare ca un perete întunecat de nori. Numărul de fluxuri (atât în ​​amonte, cât și în aval) aici este destul de mare. De aceea, un astfel de complex de furtuni este clasificat ca multi-celule, deși structura furtunii este diferită. O linie de furtună poate produce averse intense și grindină mare, dar este mai adesea „limitată” de curenți descendenți puternici. Apare adesea înaintea unui front rece. În fotografii, un astfel de sistem are forma unui arc curbat.

4. Furtuni supercelule. Astfel de furtuni sunt rare. Sunt deosebit de periculoase pentru proprietate și pentru viața umană. Norul acestui sistem este similar norului cu o singură celulă, deoarece ambele diferă într-o zonă de curent ascendent. Dar dimensiunile lor sunt diferite. Norul de supercelule este imens - aproape 50 km în rază, înălțime - până la 15 km. Limitele sale pot fi în stratosferă. Forma seamănă cu o singură nicovală semicirculară. Viteza fluxurilor ascendente este mult mai mare (până la 60 m/s). O trăsătură caracteristică este prezența rotației. Acesta este cel care creează fenomene periculoase, extreme (grindină mare (mai mult de 5 cm), tornade distructive). Principalul factor pentru formarea unui astfel de nor sunt condițiile din jur. Vorbim de o convenție foarte puternică cu temperaturi de la +27 și vânt cu direcție variabilă. Astfel de condiții apar în timpul forfecării vântului în troposferă. Precipitațiile formate în curenții ascendenți sunt transferate în zona de curent descendent, ceea ce asigură o viață lungă pentru nor. Precipitațiile sunt distribuite neuniform. Aversele apar în apropierea curentului ascendent, iar grindină apare mai aproape de nord-est. Coada furtunii se poate deplasa. Atunci zona cea mai periculoasă va fi lângă curentul ascendent principal.

Există și conceptul de „furtună uscată”. Acest fenomen este destul de rar, caracteristic musonilor. Cu o astfel de furtună nu există precipitații (pur și simplu nu ajunge, evaporându-se ca urmare a expunerii la temperaturi ridicate).

Viteza de miscare

Pentru o furtună izolată este de aproximativ 20 km/h, uneori mai rapid. Dacă fronturile reci sunt active, viteza poate atinge 80 km/h. În multe furtuni, celulele vechi de furtună sunt înlocuite cu altele noi. Fiecare dintre ele parcurge o distanță relativ scurtă (aproximativ doi kilometri), dar în total distanța crește.

Mecanism de electrificare

De unde vin fulgerele în sine? în jurul norilor și în interiorul lor mișcându-se constant. Acest proces este destul de complicat. Cel mai simplu mod de a vă imagina munca sarcinilor electrice în norii maturi. Structura pozitivă a dipolului domină în ele. Cum se distribuie? Sarcina pozitivă este plasată în partea de sus, iar sarcina negativă este situată sub ea, în interiorul norului. Conform ipotezei principale (acest domeniu al științei poate fi considerat încă puțin explorat), particulele mai grele și mai mari sunt încărcate negativ, în timp ce cele mici și ușoare au o sarcină pozitivă. Primele cad mai repede decât cele din urmă. Acest lucru determină separarea spațială a sarcinilor spațiale. Acest mecanism este confirmat de experimente de laborator. Particulele de boabe de gheață sau grindină pot avea un transfer puternic de sarcină. Mărimea și semnul vor depinde de conținutul de apă al norului, de temperatura aerului (ambiant) și de viteza de coliziune (factori principali). Influența altor mecanisme nu poate fi exclusă. Descărcările apar între sol și nor (sau atmosferă neutră sau ionosferă). În acest moment vedem fulgerări tăind cerul. Sau un fulger. Acest proces este însoțit de zgomote puternice (tunet).

O furtună este un proces complex. Poate dura multe decenii și poate chiar secole pentru a-l studia.

Copacii devin adesea ținta fulgerelor, ceea ce duce uneori la consecințe foarte grave. Vom vorbi despre pericolele de a fi lovit de fulger atât pentru copacii înșiși, cât și pentru oamenii care locuiesc în apropierea lor, precum și despre cum puteți reduce riscurile asociate cu acest fenomen.

Unde lovește fulgerul?

Pentru o mare parte a Pământului, furtunile sunt destul de banale. În același timp, aproximativ o mie și jumătate de furtuni năvăli pe Pământ. În fiecare an, de exemplu, Moscova se confruntă cu mai mult de 20 de zile de furtună. Dar, în ciuda familiarității acestui fenomen natural, puterea lui nu poate decât să șocheze. Curentul mediu de fulger este de aproximativ 100.000 de volți, iar curentul este de 20.000-50.000 de amperi. Temperatura canalului fulgerului ajunge la 25.000 – 30.000 °C. Nu este surprinzător faptul că fulgerele care lovesc clădirile, copacii sau oamenii și împrăștierea sarcinii sale electrice duce adesea la consecințe catastrofale.

Deși fulgerul care lovește un singur obiect de la sol, fie că este o clădire, un catarg sau un copac, este un eveniment destul de rar, puterea sa distructivă colosală face ca furtunile să fie unul dintre cele mai periculoase fenomene naturale pentru oameni. Astfel, potrivit statisticilor, fiecare al șaptelea incendiu din mediul rural începe din cauza unui fulger; în ceea ce privește numărul deceselor înregistrate cauzate de dezastre naturale, fulgerul ocupă locul al doilea, după inundații.

Probabilitatea de deteriorare a obiectelor de la sol (inclusiv copaci) de către fulger depinde de mai mulți factori:

• asupra intensității activității furtunilor în regiune (legată de caracteristicile climatice);
• pe înălțimea obiectului (cu cât este mai mare, cu atât este mai probabil să cadă un fulger);
• din rezistența electrică a obiectului și a straturilor de sol situate sub acesta (cu cât rezistența electrică a obiectului și a straturilor de sol situate sub acesta este mai mică, cu atât este mai mare probabilitatea unei descărcări de fulgere în el).

Din cele de mai sus, este clar de ce copacii devin adesea ținte pentru fulgere: un copac este adesea elementul de înălțime dominant al reliefului; lemnul viu saturat de umiditate, conectat la straturi adânci de sol cu ​​rezistență electrică scăzută, reprezintă adesea un element bine împământat. paratrăsnet natural.

Activitate de furtună în unele așezări din regiunea Moscovei

Localitate	Durata medie anuală a furtunilor, ore	Densitatea specifică a fulgerelor la 1 km²	Caracteristicile generale ale activității furtunii
Volokolamsk	40–60	4	înalt
Istra	40–60	4	înalt
Noul Ierusalim	40–60	4	înalt
Pavlovski Posad	20–40	2	in medie
Moscova	20–40	2	in medie
Kashira	20–40	2	in medie

Care este pericolul ca un copac să fie lovit de fulger?

Consecințele unui fulger asupra unui copac sunt adesea devastatoare atât pentru sine, cât și pentru clădirile din apropiere și reprezintă, de asemenea, o amenințare semnificativă pentru oamenii care se află în apropiere în acel moment. Când o sarcină electrică puternică trece prin lemn, are loc o eliberare puternică de căldură și o evaporare explozivă a umidității în interiorul trunchiului. Acest lucru are ca rezultat daune de severitate diferită: de la arsuri superficiale sau crăpături până la despicarea completă a trunchiului sau focul copacului. În unele cazuri, în interiorul trunchiului apar deteriorări mecanice semnificative (fisuri longitudinale sau despicarea lemnului de-a lungul inelelor anuale), care sunt practic invizibile în timpul inspecției externe, dar cresc semnificativ riscul de cădere a copacului în viitorul apropiat. Adesea, grav, dar neobservabil la inspecția vizuală, pot apărea daune la rădăcinile unui copac.

Dacă daunele cauzate de fulgere nu duc la distrugerea imediată sau moartea arborelui, rănile extinse pe care le primește pot provoca dezvoltarea unor boli periculoase, precum putregaiul, bolile vasculare, iar planta slăbită devine pradă ușoară a dăunătorilor tulpinii. Acest lucru poate face ca copacul să devină nesigur sau să se usuce.

Fulgerele asupra copacilor (inclusiv cei vii) provoacă adesea incendii care se răspândesc la clădirile din apropiere. Uneori, o descărcare laterală dintr-un copac este transmisă pe peretele unei clădiri, chiar dacă pe acesta este instalat un paratrăsnet. În cele din urmă, potențialul electric de la arborele afectat se răspândește în straturile de suprafață ale solului, ceea ce poate duce la transportul acestuia într-o clădire, deteriorarea utilităților subterane sau electrocutarea oamenilor sau animalelor de companie.

O lovitură de fulger asupra unui copac poate provoca pagube materiale semnificative chiar dacă nu apare nicio urgență. La urma urmei, evaluarea siguranței unui astfel de copac, îngrijirea specială pentru acesta sau chiar simpla îndepărtare a unui copac uscat sau bolnav fără speranță poate fi asociată cu costuri materiale semnificative.

Uneori, o descărcare laterală dintr-un copac este transmisă pe peretele unei clădiri, chiar dacă pe acesta este instalat un paratrăsnet.

Probleme de reglementare

Astfel, protecția împotriva trăsnetului a arborilor deosebit de valoroși (care sunt centrul compozițiilor peisajului, istorice și rare) sau a arborilor care cresc în apropierea locuințelor poate fi practic justificată. Cadrul de reglementare care prescrie sau reglementează protecția arborilor împotriva trăsnetului este însă cu desăvârșire în țara noastră. Această stare de fapt este mai probabil o consecință a inerției cadrului de reglementare intern decât o evaluare adecvată a riscurilor asociate cu daunele cauzate de fulgere la copacii într-un mediu urbanizat.

Principalul standard intern actual pentru protecția împotriva trăsnetului datează din 1987. Atitudinea față de protecția împotriva trăsnetului în zonele suburbane din acest document reflectă realitățile și pozițiile din acea vreme: valoarea materială a majorității clădirilor suburbane era scăzută, iar interesele statului s-au concentrat pe protejarea proprietății publice, mai degrabă decât a proprietății private. În plus, compilatorii standardelor interne au pornit de la ipoteza că în timpul construcției de locuințe suburbane sunt respectate codurile și reglementările de construcție, dar nu este întotdeauna cazul. În special, distanța minimă de la trunchiul copacului până la peretele clădirii ar trebui să fie de cel puțin 5 m. În realitățile construcțiilor suburbane, casele sunt adesea situate aproape de copaci. Mai mult decât atât, proprietarii unor astfel de copaci, de regulă, sunt reticenți în a fi de acord cu îndepărtarea lor.

În alte țări există standarde pentru protecția împotriva trăsnetului: de exemplu, americanul - ANSI A 300 Parte 4 sau britanic - Standardul britanic 6651 reglementează și protecția copacilor împotriva trăsnetului.

Distanța minimă de la trunchiul copacului până la peretele clădirii trebuie să fie de cel puțin 5 m.

Când este nevoie de protecție?

În ce cazuri are sens să ne gândim la protecția împotriva trăsnetului pentru un copac? Enumerăm factorii pe baza cărora poate fi recomandată o astfel de decizie.

Arborele crește în zone deschise sau vizibil mai sus decât copacii, clădirile, structurile și elementele de relief învecinate. Obiectele cu înălțime mai mare sunt lovite mai des de fulger.

O zonă cu activitate puternică de furtună. Cu o frecvență ridicată a furtunilor, probabilitatea de deteriorare a copacilor (precum și a altor obiecte) crește. Principalele caracteristici ale activității furtunii sunt numărul mediu anual de ore de furtună, precum și densitatea specifică medie a fulgerelor în pământ (numărul mediu anual de fulgere la 1 km²) de pe suprafața pământului. Ultimul indicator este utilizat pentru a calcula numărul așteptat de daune cauzate de fulgere la un obiect (inclusiv un copac) pe an. De exemplu, în cazul unei zone cu o durată medie a orelor de furtună de 40–60 pe an (în special, unele zone din regiunea Moscovei), se poate aștepta ca un copac de 25 m înălțime să fie deteriorat o dată la 20 de ani.

Amplasarea șantierului în apropierea rezervoarelor, izvoarelor subterane, umiditate ridicată a solului pe șantier . Acest aranjament crește și mai mult riscul ca fulgerul să lovească copacul.

Copacul înalt crește la trei metri sau mai puțin de clădire. Acest aranjament al copacului nu afectează probabilitatea ca fulgerul să-l lovească. Cu toate acestea, deteriorarea copacilor aflați în apropierea clădirilor reprezintă amenințări semnificative atât pentru clădirile în sine, cât și pentru oamenii din acestea. În același timp, crește riscul de deteriorare a clădirii printr-o descărcare laterală; riscul de deteriorare a acoperișului la căderea unui copac este foarte mare; dacă se aprinde, incendiul se poate extinde la clădire.

Crengile de copac atârnă peste acoperișul clădirii, ating pereții, copertinele, jgheaburile sau elementele decorative ale fațadei. În acest caz, crește și riscul de deteriorare a clădirii, incendii și transferul deversării în casă.

Arborele este o specie care este lovită frecvent sau regulat de fulgere . Unele specii de copaci sunt mai susceptibile de a fi lovite de fulger decât altele. Stejarii sunt cel mai adesea loviti de fulger.

Rădăcinile unui copac care crește lângă o clădire pot intra în contact cu fundația subterană sau cu utilitățile care duc la casă.. În acest caz, atunci când un copac este lovit de fulger, probabilitatea unei descărcări „transportate” în incintă sau deteriorarea comunicațiilor (de exemplu, senzorii sistemului de irigații și rețelelor electrice) crește.

Experții în protecția clădirilor împotriva trăsnetului recomandă instalarea unui paratrăsnet separat, în timp ce la o distanță de 3 până la 10 m există arbori potriviți ca înălțime și alți parametri pentru instalarea unui paratrăsnet și a conductorului de coborâre.. Instalarea unui catarg separat poate fi destul de costisitoare. Pentru mulți proprietari de case de țară, astfel de catarge sunt, de asemenea, inacceptabile din punct de vedere estetic. Și, în cele din urmă, plasarea unui catarg într-o zonă de pădure în așa fel încât rădăcinile copacilor să nu fie deteriorate în timpul construcției sale sau firele de antrenare să nu interfereze cu mișcarea oamenilor poate fi foarte dificilă.

Susceptibilitatea la deteriorarea arborilor neprotejați din anumite specii
(din standard ANSI A 300, Parte 4)

Principiul de funcționare

Principiul de funcționare al sistemului de protecție împotriva trăsnetului este că descărcarea de trăsnet este „interceptată” de paratrăsnet, efectuată în siguranță de conductorul de coborâre și transmisă în straturile adânci ale solului folosind împământare.

Componentele unui sistem de protecție împotriva trăsnetului sunt: ​​un terminal de aer (una sau mai multe), un conductor de coborâre aeriană, un conductor de coborâre subteran și un sistem de împământare format din mai multe tije sau plăci de împământare.

Când ne-am dezvoltat propriile scheme de protecție împotriva trăsnetului, ne-am confruntat cu necesitatea de a combina standardele interne de protecție împotriva trăsnetului a clădirilor și structurilor și standardele occidentale care reglementează protecția copacilor împotriva trăsnetului. Necesitatea unei astfel de combinații se datorează faptului că standardele interne actuale nu conțin recomandări pentru instalarea sistemelor de protecție împotriva trăsnetului pe copaci, iar reglementările mai vechi includ instrucțiuni care reprezintă o amenințare pentru sănătatea copacului. În același timp, standardul american ANSI A 300, care conține informații detaliate despre montarea sistemului pe lemn și principiile instalării și întreținerii acestuia, are cerințe mai mici pentru siguranța electrică a sistemului în comparație cu standardele interne.

Componentele de protecție împotriva trăsnetului sunt fabricate din cupru sau oțel inoxidabil. În acest caz, pentru a evita coroziunea, în toate conexiunile și contactele dintre elementele conductoare este utilizat doar unul dintre materialele selectate. Cu toate acestea, la utilizarea cuprului, este permisă utilizarea elementelor de fixare din bronz. Componentele din cupru sunt mai scumpe, dar au o conductivitate mai mare, ceea ce permite componentelor să fie mai mici, mai puțin vizibile și să reducă costurile de instalare a sistemului.

Potrivit statisticilor, fiecare al șaptelea incendiu din mediul rural începe din cauza unui fulger; în ceea ce privește numărul de decese înregistrate cauzate de dezastre naturale, fulgerul ocupă locul al doilea, după inundații.

Componentele sistemului

Paratrăsnetul este un tub metalic închis la capăt. Conductorul de coborâre intră în interiorul paratrăsnetului și este atașat de acesta cu șuruburi.

Pentru copacii cu o coroană răspândită, pot fi necesari colectori de curent suplimentari, deoarece în acest caz o descărcare de fulger poate lovi ramuri sau vârfuri îndepărtate de paratrăsnet. Dacă un copac are un sistem mecanic de susținere a ramurilor bazat pe cabluri metalice, atunci atunci când se efectuează protecția împotriva trăsnetului trebuie să fie și împământat. Pentru a face acest lucru, un conductor de curent suplimentar este atașat de el folosind un contact cu șurub. Trebuie luat în considerare faptul că contactul direct al cuprului cu cablul galvanizat este inacceptabil, deoarece duce la coroziune.

Conductoarele de jos de la paratrăsnet și contactele suplimentare sunt conectate folosind contacte speciale de prindere sau conexiuni cu șuruburi. În conformitate cu standardul ANSI A 300, conductoarele de coborâre sub formă de cabluri solide de oțel de diferite țesături sunt utilizate pentru protecția copacilor împotriva trăsnetului. În conformitate cu standardele interne, secțiunea transversală efectivă minimă a unui conductor de coborâre din cupru este de 16 mm², secțiunea transversală efectivă minimă a unui conductor de coborâre din oțel este de 50 mm. La așezarea conductoarelor prin lemn, este necesar să se evite curbele ascuțite ale acestora. Îndoirile conductorului în jos la un unghi mai mic de 900 sunt inacceptabile; raza de curbură a curburii nu trebuie să fie mai mică de 20 cm.

Conductoarele de coborâre sunt atașate de portbagaj cu ajutorul unor cleme metalice, îngropate la câțiva centimetri în lemnul trunchiului. Materialul clemelor nu trebuie să conducă la coroziune de contact atunci când este conectat la conductorul de jos. Este imposibil să fixați conductorii prin legarea lor de un copac cu sârmă, deoarece creșterea radială a trunchiului va duce la răni inelului și uscarea copacului. Fixarea rigidă a conductorilor de jos pe suprafața trunchiului (cu capse) va duce la creșterea lor în trunchi, reducând durabilitatea și siguranța sistemului și dezvoltarea putregaiului extins al tulpinii. Opțiunea optimă pentru fixarea sistemului este instalarea de cleme dinamice. In acest caz, pe masura ce diametrul trunchiului creste, suporturile cu cabluri sunt presate automat pana la capatul tijei prin presiunea tesutului lemnos. Rețineți că adâncirea știfturilor clemelor cu câțiva centimetri în lemn și încapsularea lor parțială ulterioară cu lemn practic nu dăunează acestuia.

Conductorii de coborâre coboară prin trunchi până la baza acestuia și sunt îngropați în șanț.

Adâncimea minimă a șanțului pentru porțiunea subterană a conductorului de coborâre, prescrisă de standardul ANSI A 300, este de 20 cm, șanțul este săpat manual cu menținerea numărului maxim de rădăcini. În cazurile în care deteriorarea rădăcinii este deosebit de nedorită, trebuie utilizat echipament special pentru a construi șanțul. De exemplu, un cuțit de aer este un instrument de compresor conceput pentru a efectua lucrări de excavare în zona trunchiului copacului. Folosind un flux de aer puternic și concentrat, acest dispozitiv este capabil să îndepărteze particulele de sol fără a deteriora chiar și cele mai fine rădăcini ale copacilor.

Tipul și parametrii dispozitivului de împământare și distanța până la care conductorul de jos ar trebui să se extindă până la acesta sunt determinați de proprietățile solului. Acest lucru se datorează necesității de a reduce rezistența de împământare a impulsului la nivelul necesar - rezistența electrică la răspândirea unui impuls de curent electric de la electrodul de împământare. Conform standardelor interne, în locurile vizitate în mod regulat de oameni, o astfel de rezistență nu trebuie să depășească 10 ohmi. Această valoare a rezistenței de împământare ar trebui să excludă întreruperea curentului prin scânteie de la conductorul de coborâre subteran și electrodul de împământare la suprafața solului și, prin urmare, să prevină deteriorarea oamenilor, clădirilor și comunicațiilor prin curent electric. Principalul indicator de sol care determină alegerea schemei de împământare este rezistivitatea solului - rezistența dintre două fețe de 1 m³ de pământ atunci când curentul trece prin acesta.

Cu cât este mai mare rezistivitatea solului, cu atât sistemul de împământare trebuie să fie mai extins pentru a asigura fluxul sigur al sarcinii electrice. Pe solurile cu rezistivitate scăzută - până la 300 ohmi (luturi, argile, zone umede), - de regulă, se folosește un sistem de împământare format din două tije de împământare verticale conectate printr-un conductor de jos. Între tije se menține o distanță de cel puțin 5 m. Lungimea tijelor este de 2,5–3 m, capătul superior al tijei este îngropat cu 0,5 m.

Pe solurile cu valori ridicate de rezistivitate (lut nisipos, nisip, pietriș), se folosesc sisteme de împământare multifasci. La limitarea adâncimii posibile de împământare, se folosesc plăci de împământare. Pentru a ușura inspecția și testarea fiabilității împământului, puțurile mici sunt instalate deasupra elementelor de împământare.

Rezistivitatea solului nu este o valoare constantă; valoarea sa depinde puternic de umiditatea solului. Prin urmare, în timpul sezonului uscat, fiabilitatea împământării poate scădea. Pentru a preveni acest lucru sunt folosite mai multe tehnici. În primul rând, tijele de pământ sunt plasate în zona de udare ori de câte ori este posibil. În al doilea rând, partea superioară a tijei este îngropată la 0,5 m sub suprafața solului (cei 0,5 m superioare de sol sunt cele mai predispuse la uscare). În al treilea rând, dacă este necesar, se adaugă bentonită în sol - o componentă naturală de reținere a umidității. Bentonita este particule coloidale mici de argilă minerală, al căror spațiu poros reține bine umiditatea și stabilizează umiditatea solului.

Lemnul viu saturat de umiditate, legat de straturi adânci de sol cu ​​rezistență electrică scăzută, reprezintă adesea un paratrăsnet natural bine împământat.

Greșeli comune

În practica casnică, protecția copacilor împotriva trăsnetului este rar utilizată și, în acele cazuri în care este totuși efectuată, se comit o serie de greșeli grave în timpul proiectării sale. Astfel, ca paratrăsnet, de regulă, se folosesc baghete metalice, fixate de un copac folosind sârmă sau cercuri metalice. Această opțiune de fixare duce la leziuni inelare grave ale trunchiului, care în timp duc la uscarea completă a copacului. Un anumit pericol este reprezentat și de creșterea în interior a unui conductor de jos în trunchiul unui copac, ceea ce duce la apariția unor răni longitudinale deschise extinse pe trunchi.

Deoarece instalarea protecției împotriva trăsnetului pe copaci este efectuată de electricieni, pentru a se cățăra într-un copac se folosesc de obicei gafe (crampoane) - cizme cu vârfuri metalice care provoacă răni grave copacului.

Din păcate, caracteristicile coroanei copacului sunt, de asemenea, ignorate: de regulă, necesitatea instalării mai multor paratrăsnet pe copacii cu vârfuri multiple cu coroane largi nu este luată în considerare; defectele structurale ale ramificării copacului nu sunt, de asemenea, luate în considerare. cont, ceea ce duce adesea la ruperea și căderea vârfului cu paratrăsnetul instalat.

Protecția copacilor împotriva trăsnetului nu poate fi numită o practică comună. Indicațiile pentru implementarea sa sunt destul de rare în zonele cu activitate moderată de furtună. Cu toate acestea, în cazurile în care este necesară protecția copacilor împotriva trăsnetului, implementarea corectă a acesteia este extrem de importantă. Atunci când proiectați și instalați astfel de sisteme, este important să luați în considerare nu numai fiabilitatea paratrăsnetului în sine, ci și siguranța sistemului pentru arborele protejat.

Fiabilitatea finală a protecției împotriva trăsnetului va depinde atât de alegerea corectă a materialelor, a contactelor și a împământării sale, cât și de stabilitatea arborelui însuși. Numai luând în considerare particularitățile structurii coroanei, creșterea radială și locația sistemului rădăcină al copacului, este posibil să se creeze un sistem de protecție împotriva trăsnetului care este fiabil și nu provoacă răni periculoase copacului și, prin urmare, nu creează. riscuri inutile pentru persoanele care locuiesc în apropiere.

Ministerul Educației al Federației Ruse
Universitatea de Stat din Kazan
Facultatea de Geografie și Ecologie
Departamentul de Meteorologie, Climatologie și Ecologie Atmosferică
Activitatea furtunii în Predkamye
Lucrări de curs
Student anul III, gr. 259 Hhimcenko D.V.

Conducător științific Profesor asociat Tudriy V.D. ________
Kazan 2007
Conţinut

Introducere
1. Activitate de furtună
1.1. Caracteristicile furtunilor
1.2. Furtuna, influența sa asupra oamenilor și asupra economiei naționale
1.3. Furtuni și activitate solară
2. Metode de obținere și prelucrare a datelor inițiale
2.1. Obținerea materiei prime
2.2. Caracteristici statistice de bază
2.3. Caracteristicile statistice ale indicilor de activitate furtunilor
2.4. Distribuția caracteristicilor statistice de bază
2.5. Analiza tendințelor
2.6. Dependența de regresie a numărului de zile cu furtuni de numerele Wolf
Concluzie
Literatură
Aplicații
Introducere

Dezvoltarea tipică a norilor cumulonimbus și precipitațiile din ei este asociată cu manifestări puternice ale electricității atmosferice, și anume cu descărcări electrice multiple în nori sau între nori și Pământ. Astfel de descărcări de scântei se numesc fulgere, iar sunetele însoțitoare sunt numite tunete. Întregul proces, adesea însoțit de creșteri pe termen scurt ale vântului - furtuni, se numește furtună.
Furtunile provoacă pagube mari economiei naționale. Se acordă multă atenție cercetărilor lor. De exemplu, în principalele direcții de dezvoltare economică și socială a URSS pentru anii 1986-1990. iar evenimentele majore au fost avute în vedere pentru perioada până în anul 2000. Printre acestea, au căpătat o importanță deosebită cercetarea fenomenelor meteorologice periculoase pentru economia națională și îmbunătățirea metodelor de prognozare a acestora, inclusiv furtunile și aversele asociate, grindina și furtunii. În zilele noastre, se acordă multă atenție și problemelor asociate cu activitatea de furtună și protecția împotriva trăsnetului.
Mulți oameni de știință din țările noastre și din străinătate au fost implicați în activități de furtună. Cu mai bine de 200 de ani în urmă, B. Franklin a stabilit natura electrică a furtunilor; în urmă cu mai bine de 200 de ani, M.V. Lomonosov a introdus prima teorie a proceselor electrice în furtuni. În ciuda acestui fapt, nu există încă o teorie generală satisfăcătoare a furtunilor.
Alegerea a căzut pe această temă nu întâmplător. Recent, interesul pentru activitatea furtunilor a crescut, ceea ce se datorează multor factori. Printre acestea: un studiu mai aprofundat al fizicii furtunilor, îmbunătățirea prognozelor de furtună și a metodelor de protecție împotriva trăsnetului etc.
Scopul acestui curs este de a studia caracteristicile temporale ale distribuției și dependenței de regresie a activității furtunii cu numerele de lup în diferite perioade și în diferite regiuni ale regiunii Predkamye.
Obiectivele cursului
1. Creați o bancă de date pe suporturi tehnice a numărului de zile cu furtună cu discretizare de zece zile, ca principale caracteristici ale activității furtunii, și numerele Wolf, ca principală caracteristică a activității solare.
2. Calculați principalele caracteristici statistice ale regimului de furtună.
3. Găsiți ecuația pentru tendința numărului de zile cu furtuni.
4. Găsiți ecuația de regresie pentru numărul de zile cu furtuni în numerele Predkamye și Wolf.
Capitolul 1. Activitatea furtunii
1.1 Caracteristicile furtunilor

Principalele caracteristici ale furtunilor sale sunt: ​​numărul de zile cu furtuni și frecvența furtunilor.
Furtunile sunt frecvente în special pe uscat în latitudini tropicale. Sunt zone în care sunt 100-150 de zile sau mai mult pe an cu furtuni. Pe oceanele de la tropice sunt mult mai puține furtuni, aproximativ 10-30 de zile pe an. Cicloanele tropicale sunt întotdeauna însoțite de furtuni puternice, dar perturbările în sine sunt rar observate.
În latitudinile subtropicale, unde predomină presiunea mare, sunt mult mai puține furtuni: pe uscat sunt 20-50 de zile cu furtuni pe an, peste mare 5-20 de zile. În latitudinile temperate sunt 10-30 de zile cu furtuni pe uscat și 5-10 zile peste mare. În latitudinile polare, furtunile sunt un fenomen izolat.
Scăderea numărului de furtuni de la latitudini joase la mari este asociată cu o scădere a conținutului de apă al norilor cu latitudine datorită scăderii temperaturii.
La tropice și subtropice, furtunile sunt observate cel mai adesea în timpul sezonului ploios. În latitudinile temperate deasupra uscatului, cea mai mare frecvență a furtunilor are loc vara, când convecția în masele de aer locale se dezvoltă puternic. Iarna, furtunile la latitudini temperate sunt foarte rare. Dar peste ocean, furtunile care apar în mase de aer rece încălzite de jos de apă caldă au o frecvență maximă de apariție iarna. În vestul îndepărtat al Europei (Insulele Britanice, coasta Norvegiei) sunt de asemenea frecvente furtunile de iarnă.
Se estimează că 1.800 de furtuni au loc simultan pe glob și aproximativ 100 de fulgere lovesc în fiecare secundă. Furtunile sunt observate mai des la munte decât la câmpie.
1.2 Furtuna, impactul său asupra oamenilor și asupra economiei naționale

O furtună este unul dintre acele fenomene naturale pe care cel mai neobservator le observă. Efectele sale periculoase sunt cunoscute pe scară largă. Se cunosc mai puține efecte despre efectele sale benefice, deși acestea joacă un rol semnificativ. În prezent, problema prognozării furtunilor și a fenomenelor convective periculoase asociate pare a fi cea mai presantă și una dintre cele mai dificile în meteorologie. Principalele dificultăți în rezolvarea acesteia rezidă în discretitatea distribuției furtunilor și în complexitatea relației dintre furtuni și numeroși factori care influențează formarea lor. Dezvoltarea furtunilor este asociată cu dezvoltarea convecției, care este foarte variabilă în timp și spațiu. Prognoza furtunilor este, de asemenea, complicată deoarece, pe lângă prezicerea situației sinoptice, este necesar să se prezică stratificarea și umiditatea aerului la altitudini, grosimea stratului de nor și viteza maximă a curentului ascendent. Este necesar să știm cum se schimbă activitatea furtunilor ca urmare a activității umane. Influența unei furtuni asupra oamenilor, animalelor, diferitelor activități; Problemele legate de protecția împotriva trăsnetului sunt de asemenea relevante în meteorologie.
Înțelegerea naturii furtunilor este importantă nu numai pentru meteorologi. Studiul proceselor electrice în astfel de volume gigantice în comparație cu scara laboratoarelor face posibilă stabilirea unor legi fizice mai generale ale naturii descărcărilor și descărcărilor de înaltă tensiune în norii de aerosoli. Misterul fulgerului cu minge poate fi dezvăluit doar prin înțelegerea proceselor care au loc în furtuni.
În funcție de originea lor, furtunile sunt împărțite în intramasă și frontale.
Furtunile intramasă sunt observate în două tipuri: în masele de aer rece care se deplasează pe suprafața caldă a pământului și pe terenul încălzit vara (furtuni locale sau termice). În ambele cazuri, apariția unei furtuni este asociată cu dezvoltarea puternică a norilor de convecție și, în consecință, cu o puternică instabilitate a stratificării atmosferice și cu mișcări puternice verticale ale aerului.
Furtunile frontale sunt asociate în primul rând cu fronturile reci, unde aerul cald este forțat în sus prin avansarea aerului rece. Vara, pe uscat sunt adesea asociate cu fronturi calde. Aerul cald continental care se ridică deasupra suprafeței unui front cald vara poate fi stratificat foarte instabil, astfel încât poate apărea o convecție puternică pe suprafața frontului.
Sunt cunoscute următoarele acțiuni ale fulgerului: termice, mecanice, chimice și electrice.
Temperatura fulgerului ajunge de la 8.000 la 33.000 de grade Celsius, deci are un efect termic mare asupra mediului. Numai în SUA, de exemplu, fulgerele provoacă aproximativ 10.000 de incendii forestiere în fiecare an. Cu toate acestea, în unele cazuri, aceste incendii sunt benefice. De exemplu, în California, incendiile frecvente au curățat de mult pădurile de creștere: erau nesemnificative și nu dăunează copacilor.
Motivul apariției forțelor mecanice în timpul unei lovituri de fulger este o creștere bruscă a temperaturii, presiunii gazelor și vaporilor care apar în punctul în care trece curentul fulgerului. Deci, de exemplu, atunci când fulgerul lovește un copac, seva copacului, după ce curentul trece prin el, se transformă într-o stare gazoasă. În plus, această tranziție este de natură explozivă, în urma căreia trunchiul copacului se desparte.
Efectul chimic al fulgerului este mic și se datorează electrolizei elementelor chimice.
Cea mai periculoasă acțiune pentru ființele vii este acțiunea electrică, deoarece în urma acestei acțiuni un fulger poate duce la moartea unei ființe vii. Atunci când fulgerul lovește clădiri sau echipamente neprotejate sau prost protejate, duce la moartea oamenilor sau a animalelor ca urmare a creării de înaltă tensiune în obiectele individuale, pentru aceasta o persoană sau un animal trebuie doar să le atingă sau să fie în apropierea lor. Fulgerul lovește o persoană chiar și în timpul furtunilor mici și fiecare lovitură directă este de obicei fatală pentru el. După o lovitură indirectă de fulger, o persoană de obicei nu moare, dar chiar și în acest caz, este necesară asistența în timp util pentru a-și salva viața.
Incendii de pădure, linii electrice și de comunicații avariate, avioane și nave spațiale avariate, instalații de depozitare a petrolului care arde, culturi agricole distruse de grindină, acoperișuri rupte de vânturile furtunii, oameni și animale ucise de fulgere - aceasta nu este o listă completă a consecințelor asociate cu o situație de furtună.
Pagubele cauzate de fulgere în doar un an pe tot globul sunt estimate la milioane de dolari. În acest sens, sunt dezvoltate metode noi, mai avansate de protecție împotriva trăsnetului și prognoze mai precise de furtună, ceea ce, la rândul său, conduce la un studiu mai aprofundat al proceselor de furtună.
1.3 Furtunile și activitatea solară

Oamenii de știință au studiat de mult timp conexiunile solar-terestre. Ei au ajuns în mod logic la concluzia că nu este suficient să considerăm Soarele doar ca o sursă de energie radiantă. Energia solară este sursa principală a majorității fenomenelor fizico-chimice din atmosferă, hidrosferă și stratul de suprafață al litosferei. Desigur, fluctuațiile bruște ale cantității acestei energii afectează aceste fenomene.
Astronomul din Zurich R. Wolf (R. Wolf, 1816-1893) a fost implicat în sistematizarea datelor despre activitatea solară. El a stabilit că, pe o medie aritmetică, perioada numărului maxim și minim de pete solare - maximele și minimele activității solare - este egală cu unsprezece ani.
Creșterea procesului de formare a petelor de la punctul minim la maxim are loc în salturi cu creșteri și căderi bruște, schimbări și întreruperi. Salturile sunt in continua crestere si in momentul de maxim ating cele mai inalte valori. Aceste salturi în apariția și dispariția petelor sunt aparent responsabile pentru multe dintre efectele care se dezvoltă pe Pământ.
Cea mai indicativă caracteristică a intensității activității solare, propusă de Rudolf Wolf în 1849, este numărul Wolf sau așa-numitul număr al petelor solare din Zurich. Se calculează prin formula W=k*(f+10g), unde f este numărul de puncte observate pe discul solar, g este numărul de grupuri formate de acestea, k este coeficientul de normalizare derivat pentru fiecare observator și telescop pentru a putea împărtăși valorile relative găsite de ei numere de lup. Atunci când se calculează f, fiecare miez („umbră”) separat de un miez adiacent printr-o penumbră, precum și fiecare por (o pată mică fără penumbră) sunt considerate pete. Când se calculează g, un punct individual și chiar un por individual sunt considerate un grup.
Din această formulă este clar că indicele Wolf este un indice total care oferă o caracteristică generală a activității petelor solare. Nu ține cont în mod direct de latura calitativă a activității solare, adică. puterea petelor și stabilitatea lor în timp.
Numărul absolut al lupului, adică numărată de un anumit observator este determinată de suma produsului numărului zece cu numărul total de grupuri de pete solare, fiecare pată solară individuală fiind numărată ca grup și numărul total de grupuri unice și de pete solare. Numărul relativ Wolf este determinat prin înmulțirea numărului Wolf absolut cu un factor de normalizare, care este determinat pentru fiecare observator și telescopul său.
Restaurate din surse istorice, începând cu mijlocul secolului al XVI-lea, când au început calculele numărului de pete solare, informațiile au făcut posibilă obținerea mediei numerelor de lup pentru fiecare lună trecută. Acest lucru a făcut posibilă determinarea caracteristicilor ciclurilor de activitate solară de la acel moment până în prezent.
Activitatea periodică a Soarelui are un efect foarte vizibil asupra numărului și, aparent, intensității furtunilor. Acestea din urmă sunt descărcări electrice vizibile în atmosferă, însoțite de obicei de tunete. Fulgerul corespunde descărcării cu scântei a unei mașini electrostatice. Formarea unei furtuni este asociată cu condensarea apei. vapori în atmosferă. Masele de aer în creștere sunt răcite adiabatic, iar această răcire are loc adesea la o temperatură sub punctul de saturație. Prin urmare, condensarea vaporilor poate apărea brusc, se formează picături, creând un nor. Pe de altă parte, pentru a se produce condensarea vaporilor, este necesară prezența în atmosferă a nucleelor ​​sau a centrelor de condensare care, în primul rând, pot fi particule de praf.
Am văzut mai sus că cantitatea de praf din straturile superioare ale aerului poate fi parțial determinată de gradul de intensitate al procesului de formare a petelor solare pe Soare. În plus, în perioadele de trecere a petelor solare pe discul solar, crește și cantitatea de radiații ultraviolete de la Soare. Această radiație ionizează aerul, iar ionii devin și nuclee de condensare.
Aceasta este urmată de procese electrice în picături de apă, care capătă o sarcină electrică. Unul dintre motivele care provoacă aceste încărcări este adsorbția ionilor de aer ușor de către picăturile de apă. Cu toate acestea, semnificația acestei adsorbții este secundară și foarte nesemnificativă. S-a observat, de asemenea, că picăturile individuale se contopesc într-un jet sub influența unui câmp electric puternic. În consecință, fluctuațiile intensității câmpului și o schimbare a semnului acestuia pot avea un anumit efect asupra picăturilor. Probabil așa se formează picăturile puternic încărcate în timpul unei furtuni. Un câmp electric puternic face ca picăturile să se încarce și cu electricitate.
Problema periodicității furtunilor a fost pusă în literatura occidentală încă din anii 80 ai secolului trecut. Mulți cercetători și-au dedicat lucrările clarificării acestei probleme, cum ar fi Zenger, Krassner, Bezold, Ridder etc. Astfel, Bezold a subliniat periodicitatea de 11 zile a furtunilor și apoi de la procesarea fenomenelor de furtună pentru Germania de Sud pentru 1800-1887. . a primit o perioadă de 25,84 zile. În 1900 Ridder a găsit două perioade pentru frecvența furtunilor în Ledeberg pentru 1891-1894, și anume: 27,5 și 33 de zile. Prima dintre aceste perioade este apropiată de perioada de rotație a Soarelui în jurul axei sale și aproape coincide cu perioada tropicală lunară (27.3). În același timp, s-au încercat să compare periodicitatea furtunilor cu procesul de formare a petelor solare. O perioadă de unsprezece ani a numărului de furtuni a fost descoperită de Hess pentru Elveția.
În Rusia, D. O. Svyatsky, pe baza studiilor sale asupra periodicității furtunilor, a obținut tabele și grafice, din care sunt vizibile în mod clar atât perioadele de recurență ale așa-numitelor unde de furtună pentru vasta Rusia europeană, primul - în 24 - 26, cel al doilea - în 26 - 28 de zile, deci și legătura dintre fenomenele de furtună și activitatea petelor solare. Perioadele rezultate s-au dovedit a fi atât de realiste încât a devenit posibilă programarea trecerii unor astfel de „valuri de furtună” cu câteva luni de vară înainte. Eroarea nu ajunge la mai mult de 1 - 2 zile, în majoritatea cazurilor se obține o potrivire completă.
Prelucrarea observațiilor activității furtunilor efectuate în ultimii ani de către Faas arată că pentru întregul teritoriu al părții europene a URSS, perioadele de 26 și 13 (jumătate de perioadă) de zile au loc cel mai frecvent și anual. Prima este din nou o valoare foarte apropiată de revoluția Soarelui în jurul axei sale. Cercetările privind dependența fenomenelor de furtună de la Moscova de activitatea soarelui au fost efectuate în ultimii ani de A.P. Moiseev, care, după ce a observat cu atenție formarea petelor solare și a furtunilor din 1915 până în 1926, a ajuns la concluzia că numărul și intensitatea furtunilor. în medie, este în concordanță directă cu zona petelor solare care trec prin meridianul central al Soarelui. Furtunile au devenit mai dese și s-au intensificat odată cu creșterea numărului de pete solare și au atins cea mai mare intensitate după trecerea unor grupuri mari de pete solare prin mijlocul discului solar. Astfel, cursul pe termen lung al curbei de frecvență a furtunii și cursul curbei numărului petelor solare coincid destul de bine. Moiseev a investigat apoi un alt fapt interesant, și anume distribuția zilnică a furtunilor pe oră. Prima maximă zilnică are loc la 12 - 13 pm, ora locală. Apoi de la 14-15 are loc o scădere ușoară, la 15-16 ore apare maximul principal, iar apoi curba scade. După toate probabilitățile, aceste fenomene sunt legate atât de radiația directă de la Soare și ionizarea aerului, cât și de variațiile de temperatură. Din cercetările lui Moiseev reiese clar că în momentele de activitate solară maximă, precum și în apropierea momentului de minim, activitatea furtunilor este cea mai intensă, iar în momentele de maximă este mult mai pronunțată. Acest lucru contrazice oarecum poziția susținută de Betzold și Hess, conform căreia minimele frecvenței furtunii coincid cu maximele activității solare; Faas, în tratarea furtunilor pentru 1996, indică faptul că a acordat o atenție specială dacă activitatea furtunii crește odată cu trecerea unui volum mare. pete solare prin meridianul central al Soarelui. Pentru 1926 nu s-au obţinut rezultate pozitive, dar în 1923 s-a observat o legătură foarte strânsă între fenomene. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că pe parcursul anilor maximi, petele solare sunt grupate mai aproape de ecuator și trec în apropierea centrului aparent al discului solar. În această situație, influența lor tulburătoare asupra Pământului ar trebui considerată cea mai mare. Mulți cercetători au încercat să găsească alte perioade de furtună, dar fluctuațiile activității furtunilor din materialele pe care le avem la dispoziție sunt încă prea greu de deslușit și nu fac posibilă stabilirea unor modele generale. În orice caz, această întrebare a atras atenția unui număr tot mai mare de cercetători de-a lungul timpului.
Numărul furtunilor și intensitatea lor se reflectă într-un anumit fel asupra unei persoane și asupra proprietății sale. Astfel, din datele statistice citate de Budin, reiese clar că maximele de decese din cauza fulgerelor cad în anii de stres maxim în activitatea Soarelui, iar minimele lor - în anii de pete solare minime. În același timp, pădurarul rus Tyurin notează că, conform cercetărilor sale efectuate asupra materialului de masă, incendiile din zona pădurii Bryansk au căpătat un caracter spontan în 1872, 1860, 1852, 183b, 1810, 1797, 1776 și 1753. În pădurile din nord se remarcă și o periodicitate de 20 de ani în medie, iar datele incendiilor forestiere din nord coincid în multe cazuri cu datele indicate, ceea ce arată influența aceleiași cauze - ere secetoase, unele dintre ele cad pe anii de activitate solară maximă . Se poate observa că o relație bună se observă și în cursul zilnic al activității furtunilor și în cursul zilnic al numărului de incendii provocate de fulgere.
Capitolul 2. Metode de obținere și prelucrare a datelor inițiale
2.1 Obținerea materiei prime

Această lucrare a folosit date meteorologice privind activitatea furtunilor în șapte stații ale Republicii Tatarstan: Tetyushi (1940-1980), Laishevo (1950-1980), Kazan-Opornaya (1940-1967), Kaybitsy (1940-1967), Arsk (1940). -1980 ), Agryz (1955-1967) și stația meteorologică a Universității de Stat din Kazan (1940-1980). Datele sunt furnizate cu eșantionare pe zece zile. Numărul de zile cu furtuni pe deceniu a fost luat ca indici ai activității furtunilor. Precum și date lunare privind activitatea solară - numere de lup pentru 1940-1980.
Pe baza datelor pentru anii indicați, s-au calculat principalele caracteristici statistice pentru indicii de activitate furtunilor.
2.2 Caracteristici statistice de bază

Meteorologia se ocupă cu cantități uriașe de observații care trebuie analizate pentru a clarifica tiparele care există în procesele atmosferice. Prin urmare, metodele statistice pentru analizarea unor rețele mari de observații sunt utilizate pe scară largă în meteorologie. Utilizarea unor metode statistice moderne puternice ajută la prezentarea faptelor mai clar și la descoperirea mai bună a relațiilor dintre ele.
Valoarea medie a seriei de timp este calculată folosind formula
? = ?Gi/N
unde 1< i Varianta arată răspândirea datelor în raport cu valoarea medie și este găsită prin formulă
?І = ?(Gi - ?)2 / N, unde 1< i O cantitate numită abatere standard este rădăcina pătrată a varianței.
? = ?(Gi - ?)2 / N, unde 1< i Cea mai probabilă valoare a unei variabile aleatoare, modul, este din ce în ce mai folosită în meteorologie.
De asemenea, asimetria și kurtoza sunt folosite pentru a caracteriza mărimile meteorologice.
Dacă valoarea medie este mai mare decât modul, atunci se spune că distribuția frecvenței este denaturată pozitiv. Dacă media este mai mică decât modul, atunci este negativ asimetrică. Coeficientul de asimetrie se calculează folosind formula
A = ?(Gi - ?)3 / N?3, unde 1< i Asimetria este considerată mică dacă coeficientul de asimetrie |A|?0,25. Asimetria este moderată dacă 0,25<|А|>0,5. Asimetria este mare dacă 0,5<|А|>1.5. Asimetrie excepțional de mare dacă |A|>1.5. Dacă |A|>0, atunci distribuția are asimetrie pe partea dreaptă, dacă |A|<0, то левостороннюю асиметрию.
Pentru distribuțiile de frecvență care au aceleași valori medii, asimetriile pot diferi în ceea ce privește valoarea curtozei
E = ?(Gi - ?)? /N?? , unde 1< i Kurtoza este considerată mică dacă |E|?0,5; moderată dacă 1?|E|?3 și mare dacă |E|>3. Dacă -0,5?E?3, atunci curtoza se apropie de normal.
Coeficientul de corelație este o valoare care arată relația dintre două serii corelate.
Formula coeficientului de corelație este următoarea:
R = a((Xi-X)*(Yi-Y))/ axy
unde X și Y sunt valori medii, ?x și ?y sunt abateri standard.
Proprietățile coeficientului de corelație:
1. Coeficientul de corelație al variabilelor independente este zero.
2. Coeficientul de corelație nu se schimbă de la adăugarea oricăror termeni constanti (nealeatoriu) la x și y și, de asemenea, nu se schimbă de la înmulțirea valorilor lui x și y cu numere pozitive (constante).
3. Coeficientul de corelație nu se modifică la trecerea de la x și y la valori normalizate.
4. Interval de modificare de la -1 la 1.
Este necesar să se verifice fiabilitatea conexiunii, este necesar să se evalueze semnificația diferenței dintre coeficientul de corelație și zero.
Dacă pentru R empiric produsul ¦R¦vN-1 se dovedește a fi mai mare decât o anumită valoare critică, atunci cu fiabilitatea S putem afirma că coeficientul de corelație va fi de încredere (fiabil diferit de zero).
Analiza corelației face posibilă stabilirea semnificației (nealeatoriei) modificărilor unei variabile aleatoare observate, măsurate în timpul testării și ne permite să determinăm forma și direcția conexiunilor existente între caracteristici. Dar nici coeficientul de corelație, nici raportul de corelație nu oferă informații despre cât de mult se poate schimba o caracteristică diferită și eficientă atunci când caracteristica factorială asociată cu aceasta se modifică.
O funcție care permite găsirea valorilor așteptate ale unei alte caracteristici pe baza valorii unei caracteristici în prezența unei corelații se numește regresie. Analiza statistică a regresiei se numește analiză de regresie. Acesta este un nivel superior de analiză statistică a fenomenelor de masă. Analiza de regresie vă permite să preziceți Y pe baza X:
Yx-Y=(Rxy* ?y*(X-X))/ ?x (2.1)
Xy-X=(Rxy* ?x*(Y-Y))/ ?y (2,2)
unde X și Y corespund mediei, Xy și Yx sunt medii parțiale, Rxy este coeficientul de corelație.
Ecuațiile (2.1) și (2.2) pot fi scrise astfel:
Yx=a+de*X (2,3)
Xy=a+bx*Y (2,4)
O caracteristică importantă a ecuațiilor de regresie liniară este eroarea pătratică medie. Arata cam asa:
pentru ecuația (2.3) Sy= ?y*v1-RIxy (2.5)
pentru ecuația (2.4) Sx= ?x*v1-RIxy (2.6)
Erorile de regresie Sx și Sy fac posibilă determinarea zonei probabile (de încredere) a regresiei liniare, în interiorul căreia se află adevărata dreaptă de regresie Yx (sau Xy), adică. linia de regresie a populației.
Capitolul 3. Analiza calculelor
3.1 Distribuția principalelor caracteristici statistice

Să luăm în considerare câteva caracteristici statistice ale numărului de zile cu furtuni în Predkamye la șapte stații (Tabelele 1-7). Datorită numărului foarte mic de zile cu furtuni pe timpul iernii, această lucrare va avea în vedere perioada din aprilie până în septembrie.
Stația Tetyushi:
În aprilie, valoarea medie maximă pe zece zile se observă în a 3-a perioadă de zece zile a lunii? = 0,20. Valorile modale în toate deceniile sunt zero, deci o activitate slabă a furtunii. Dispersia maximă și abaterea standard se observă și în deceniul al 3-lea? 2 = 0,31; ? =0,56. Asimetria se caracterizează printr-o valoare excepțional de mare în a doua decadă a lui A = 4,35. Tot în decada a 2-a există o valoare mare a curtozei E = 17,79.
În luna mai, din cauza afluxurilor crescute de căldură, activitatea furtunilor crește. Valoarea medie maximă pe zece zile a fost observată în al treilea deceniu și s-a ridicat la? =1,61. Valorile modale în toate deceniile sunt zero. Se observă valorile maxime ale dispersiei și abaterii standard în deceniul al 3-lea? 2 = 2,59; ?=1,61. Valorile asimetriei și curtozei scad din prima decadă la a treia (în prima decadă A = 1,23; E = 0,62; în a treia decadă A = 0,53; E = -0,95).
În iunie, maximul valorii medii de zece zile are loc în a treia perioadă de zece zile? = 2,07. Se constată o creștere a valorilor dispersiei și abaterii standard față de aprilie și mai: maxim în a doua decadă (? 2 = 23,37; ? = 1,84), minim în prima (? 2 = 1,77; ? = 1,33) . Valorile modale în primele două decenii sunt egale cu zero, în decada a treia a fost M=2. Asimetria în toate deceniile este mare și pozitivă, în decada a treia. Kurtoza în primele două decenii se caracterizează prin valori mici; în decada a treia valoarea sa a crescut E = 0,67.
Cea mai mare valoare medie pe zece zile din iulie? =2,05 în al doilea deceniu. Valorile modale în primele două decenii sunt 1 și, respectiv, 2, în a treia - zero. Valorile maxime ale dispersiei și abaterii standard sunt observate în a doua decadă și se ridică la? 2=3,15 și respectiv?=1,77, minim în primele zece zile? 2=1,93 și respectiv?=1,39. Asimetria se caracterizează prin valori mari, pozitive: maxim în prima decadă A = 0,95, minim în a doua decadă A = 0,66. Kurtoza în decada a doua și a treia este mică și are o valoare negativă în decada a doua; în prima decadă există un maxim de E = 1,28, un minim în decada a doua de E = -0,21.
În august, activitatea furtunilor scade. Cea mai mare valoare medie pe zece zile este observată în primele zece zile? =1,78, cel mai mic este în al treilea? =0,78. Valorile modale în primul și al treilea deceniu sunt egale cu zero, în a doua - unul. Există o scădere a valorilor dispersiei și abaterii standard: maximă în prima decadă (? 2 = 3,33; ? = 1,82), minimă în a treia (? 2 = 1,23; ? = 1,11). Există o ușoară creștere a valorilor asimetriei și curtozei din prima decadă la a treia: maxime în a treia decadă A = 1,62, E = 2,14, minime în a doua decadă A = 0,40, E = -0,82.
În septembrie, valoarea medie maximă pe zece zile a fost? =0,63 în primele zece zile ale lunii. Valorile modale sunt zero. Există o scădere a valorilor dispersiei și abaterii standard de la prima decadă la a treia (? 2 = 0,84; ? = 0,92 - în prima decadă și ? 2 = 0,11;? = 0,33 - în a treia).
Rezumând cele de mai sus, concluzionăm că valorile unor caracteristici statistice precum modul, dispersia și abaterea standard cresc odată cu creșterea activității furtunii: valorile maxime sunt observate la sfârșitul lunii iunie - începutul lunii iulie (Fig. 1).
Fig.1
Asimetria și curtoza, dimpotrivă, capătă cele mai mari valori în timpul activității minime de furtună (aprilie, septembrie); în perioada de activitate maximă a furtunii, asimetria și kurtoza se caracterizează prin valori mari, dar mai mici comparativ cu aprilie și septembrie ( Fig. 2).
Fig.2
Activitatea maximă a furtunii a fost observată la sfârșitul lunii iunie - începutul lunii iulie (Fig. 3).
Fig.3
Să analizăm stațiile rămase pe baza graficelor construite folosind valori statistice calculate la aceste stații.
Stația Laishevo:
Figura arată numărul mediu pe zece zile de zile cu furtuni. Graficul arată că există două activități maxime de furtună, care au loc la sfârșitul lunii iunie și la sfârșitul lunii iulie, egale cu ?=2,71 și, respectiv, ?=2,52. De asemenea, se poate observa o creștere și o scădere bruscă, ceea ce indică o variabilitate puternică a condițiilor meteorologice din această zonă (Fig. 4).
Fig.4
Modul, dispersia și abaterea standard sunt cele mai mari în perioada de la sfârșitul lunii iunie până la sfârșitul lunii iulie, care corespunde perioadei de cea mai mare activitate a furtunii. Dispersia maximă a fost observată în a treia zece zile din iulie și s-a ridicat la? 2= ​​​​4,39 (Fig. 5).
Fig.5
Asimetria și curtoza își iau cele mai mari valori în a doua zece zile ale lunii aprilie (A = 5,57; E = 31), adică. în timpul activității minime de furtună. Și în perioada de activitate maximă a furtunii, acestea sunt caracterizate de valori scăzute (A = 0,13; E = -1,42) (Fig. 6).
Fig.6
Stația de sprijin Kzan:
La această stație se înregistrează o creștere și o scădere lină a activității furtunii. Maximul durează de la sfârșitul lunii iunie până la mijlocul lunii august, cu o valoare absolută de ? = 2,61 (Fig. 7).
Fig.7
Valorile modale sunt destul de pronunțate în comparație cu stațiile anterioare. Două maxime principale de M=3 sunt observate în a treia zece zile din iunie și în a doua zece zile din iulie. În același timp, dispersia și abaterea standard își ating maximele (? 2 = 3,51; ? = 1,87) (Fig. 8).
Fig.8
Asimetrie maximă și curtoză se observă în a doua zece zile din aprilie (A=3,33; E=12,58) și a treia zece zile din septembrie (A=4,08; E=17,87). Minima a fost observată în a treia zece zile ale lunii iulie (A=0,005; E=-1,47) (Fig.9).
Fig.9
Stația Kaybitsy:
Valoarea medie maximă în a doua zece zile din iunie? = 2,79. Se observă o creștere bruscă și o scădere lină a activității furtunii (Fig. 10).
Orez. 10
Valoarea modală își ia valoarea maximă în a doua zece zile din iunie M=4. În același timp, dispersia și abaterea standard sunt de asemenea maxime (? 2 = 4,99; ? = 2,23) (Fig. 11).
Fig.11
Asimetria și curtoza se caracterizează prin valori excepțional de mari în a doua zece zile din aprilie (A=4,87; E=24,42) și a treia zece zile din septembrie (A=5,29; E=28,00). Minima a fost observată în primele zece zile ale lunii iunie (A = 0,52; E = -1,16) (Fig. 12).
Fig.12
Stația Arsk:
La această stație se observă două activități maxime de furtună, care au loc în a doua zece zile din iunie și în a treia zece zile din iulie? = 2,02 (Fig. 13).
Fig.13
Dispersia maximă și abaterea standard au loc în a doua zece zile ale lunii iunie, care coincide cu maximul valorii medii a activității furtunii (? 2 = 3,97; ? = 1,99). Al doilea maxim al activității furtunii (a treia zece zile din iulie) este, de asemenea, însoțit de valori mari de dispersie și deviație standard (γ2 = 3,47; δ = 1,86) (Fig. 14).
Fig.14
Există valori excepțional de mari ale asimetriei și kurtozei în primele zece zile ale lunii aprilie (A=6,40; E=41,00). În septembrie, aceste valori sunt caracterizate și de valori mari (A = 3,79; E = 13,59 în a treia zece zile ale lunii septembrie). Minimul este în a doua zece zile din iulie (A = 0,46; E = -0,99) (Fig. 15).
Fig.15
Stația Agryz:
Datorită dimensiunii reduse a eșantionului de la această stație, putem judeca numai condiționat activitatea fulgerului.
Se observă o schimbare bruscă a activității furtunii. Maximul este atins în a treia zece zile din iulie? = 2,92 (Fig. 16).
Fig.16
Sensul modal este bine exprimat. Trei maxime de M=2 sunt observate în a treia zece zile din mai, în a treia zece zile din iunie și în a doua zece zile din iulie. Dispersia și abaterea standard au fiecare două maxime principale, care au loc în a doua zece zile din iunie și în a treia zece zile din iulie și egale? 2 = 5,08; ? =2,25 și? 2 = 4,91; ?=2,22, respectiv (Fig. 17).
Fig.17
Există valori excepțional de mari ale asimetriei și curtozei în toate cele zece zile ale lunii aprilie (A=3,61; E=13,00). Două minime principale: în a doua zece zile ale lunii mai (A=0,42; E=-1,46) și primele zece zile ale lunii iulie (A=0,50; E=-1,16) (Fig. 18).
Fig.18
Stația KGU:
Maximul valorii medii are loc în a doua zece zile ale lunii iunie și este ?=1,90. De asemenea, se poate observa o creștere și o scădere lină a activității furtunii (Fig. 19).
Fig.19
Modul își atinge valorile maxime în a doua zece zile din iunie (M=2) și primele zece zile din iulie (M=2). Dispersia și abaterea standard își iau cele mai mari valori în a treia zece zile din iulie (? 2 = 2,75; ? = 1,66) (Fig. 20).
Fig.20
În aprilie și septembrie, asimetria și kurtoza se caracterizează prin valori excepțional de mari: în primele zece zile ale lunii aprilie - A = 6,40; E=41,00, în a treia zece zile ale lunii septembrie - A=4,35; E=17,79. Minimul de asimetrie și curtoză este în a doua zece zile din iulie (A = 0,61; E = -0,48) (Fig. 21).
Fig.21
3.2 Analiza tendințelor

Componenta non-aleatorie, care se schimbă lent a unei serii de timp se numește tendință.
Ca rezultat al prelucrării datelor, s-au obținut ecuații de tendință la șapte stații pentru datele lunare (Tabelele 8-14). Calculele au fost efectuate timp de trei luni: mai, iulie și septembrie.
La stația Tetyushi, pe o perioadă lungă de timp s-a observat o creștere a activității furtunilor în lunile de primăvară și toamnă și o scădere în iulie.
În stație În Laishevo în luna mai, pe o perioadă lungă, se înregistrează o creștere a activității furtunilor (b = 0,0093), iar în iulie și septembrie aceasta scade.
La stațiile Kazan-Opornaya, Kaybitsy și Arsk, coeficientul b este pozitiv în toate cele trei luni, ceea ce corespunde unei creșteri a furtunilor.
În stație Agryz, din cauza dimensiunii reduse a eșantionului, este dificil să vorbim despre natura schimbărilor în intensitatea activității furtunii, dar se poate observa că în mai și iulie este o scădere, iar în septembrie are loc o creștere a furtunii. activitate.
La stația Universității de Stat din Kazan în mai și iulie, coeficientul b este pozitiv, iar în septembrie are semnul minus.
Coeficientul b este maxim în iulie la stație. Kaybitsy (b=0,0577), minim - în iulie la stație. Laishevo.
3.3 Analiza dependenței de regresie a numărului de zile cu furtuni de numerele Wolf

Calculele au fost efectuate pentru luna centrală de vară - iulie (Tabelul 15), astfel, eșantionul a fost N = 40 iulie din 1940 până în 1980.
Făcând calculele adecvate, am obținut următoarele rezultate:
Probabilitatea de încredere pentru coeficientul a la toate stațiile este practic zero. Probabilitatea de încredere pentru coeficientul b la majoritatea stațiilor, de asemenea, diferă puțin de zero și se află în intervalul 0,23?b?1,00.
Coeficientul de corelație la toate stațiile, cu excepția stației. Agryz este negativ și nu depășește valoarea lui r=0,5, coeficientul de determinare la aceste stații nu depășește valoarea lui r 2 =20,00.
În stație Coeficientul de corelație Agryz este pozitiv și cel mai mare r = 0,51, probabilitatea de încredere r 2 = 25,90.
Concluzie

Ca urmare, despre, etc.................

Cum se formează un nor de tunete?

Ce știi despre un nor de tunete?

În medie, se crede că un nor de tunete are un diametru de 20 km și durata sa de viață este de 30 de minute. În orice moment, sunt, conform diverselor estimări, de la 1800 la 2000 de nori cu tunturi pe glob. Aceasta corespunde cu 100.000 de furtuni pe planetă în fiecare an. Aproximativ 10% dintre ele devin extrem de periculoase.

În general, atmosfera ar trebui să fie instabilă - masele de aer de lângă suprafața pământului ar trebui să fie mai ușoare decât aerul situat în straturi mai înalte. Acest lucru este posibil atunci când suprafața de bază și masa de aer din aceasta se încălzesc, precum și prezența umidității ridicate a aerului, care este cea mai comună. Poate din cauza unor motive dinamice, intrarea maselor de aer mai rece în straturile de deasupra. Ca rezultat, în atmosferă, volumele de aer mai cald și mai umed, care câștigă flotabilitate, se grăbesc în sus, iar particulele mai reci din straturile superioare se scufundă în jos. În acest fel, căldura pe care o primește suprafața pământului de la soare este transportată către straturile de deasupra atmosferei. O astfel de convecție se numește liberă. În zonele fronturilor atmosferice, la munte, este intensificată de mecanismul forțat al creșterii maselor de aer.

Vaporii de apă din aerul care se ridică se răcesc și se condensează, formând nori și eliberând căldură. Norii cresc în sus, atingând altitudini unde se observă temperaturi negative. Unele particule de nor îngheață, în timp ce altele rămân lichide. Ambele au o sarcină electrică. Particulele de gheață au de obicei o sarcină pozitivă, în timp ce particulele lichide au de obicei o sarcină negativă. Particulele continuă să crească și încep să se așeze în câmpul gravitațional - se formează precipitații. Încărcăturile de spațiu se acumulează. O sarcină pozitivă se formează în partea de sus a norului, iar o sarcină negativă în partea de jos (de fapt, se remarcă o structură mai complexă, pot exista 4 sarcini spațiale, uneori poate fi inversă etc.). Când intensitatea câmpului electric atinge o valoare critică, are loc o descărcare - vedem fulgere și, după un timp, auzim o undă sonoră sau un tunet emanând din acesta.

De obicei, un nor de tunete trece prin trei etape în timpul ciclului său de viață: formare, dezvoltare maximă și disipare.

În prima etapă, norii cumuluși cresc în sus datorită mișcărilor de aer în sus. Norii cumulus apar ca niște turnuri albe frumoase. În această etapă nu sunt precipitații, dar nu sunt excluse fulgere. Acest lucru poate dura aproximativ 10 minute.

În stadiul de dezvoltare maximă, mișcările în sus în nor continuă, dar, în același timp, precipitațiile încep deja să cadă din nor și apar mișcări puternice în jos. Și când acest flux de precipitații răcit în jos ajunge la sol, se formează un front de rafală, sau linie de furtună. Etapa de dezvoltare maximă a norilor este momentul cu cea mai mare probabilitate de ploi abundente, grindină, fulgere frecvente, furtuni și tornade. Norul este de obicei de culoare închisă. Această etapă durează de la 10 la 20 de minute, dar poate fi mai lungă.

În cele din urmă, precipitațiile și curenții descendenți încep să erodeze norul. La suprafața pământului, linia de furtuni se îndepărtează de nor, decupându-l de sursa de alimentare a aerului cald și umed. Intensitatea ploii este în scădere, dar fulgerele sunt încă un pericol.

Datorită impredictibilității sale complete și puterii enorme fulger(descărcări de fulgere), ele reprezintă un pericol potențial pentru numeroase instalații energetice. Știința modernă a acumulat o cantitate mare de informații teoretice și date practice despre protecție împotriva trăsnetuluiși activitatea de furtună, iar acest lucru face posibilă rezolvarea problemelor grave asociate cu protecția împotriva trăsnetului a infrastructurii energetice industriale și civile. Acest articol discută despre aspectul fizic natura fenomenelor de furtunăși comportamentul trăsnetului, cunoașterea cărora va fi utilă pentru amenajarea unei protecții eficiente împotriva trăsnetului și crearea unui sistem integrat de împământare pentru substațiile electrice.

Natura fulgerelor și a norilor de tunete

În sezonul cald la latitudini medii, în timpul deplasării unui ciclon, cu umiditate suficientă și curenți puternici de aer ascendenți, apar adesea descărcări de furtună (fulgere). Motivul acestui fenomen natural este concentrația uriașă de electricitate atmosferică (particule încărcate) în norii de tunsoare, în care, în prezența curenților ascendenți, separarea sarcinilor negative și pozitive are loc odată cu acumularea de particule încărcate în diferite părți ale norului. Astăzi, există mai multe teorii cu privire la electricitatea atmosferică și electrificarea norilor de tunete, ca fiind cei mai importanți factori care au un impact direct asupra proiectării și realizării unei protecții cuprinzătoare împotriva trăsnetului și împământării instalațiilor electrice.

Conform conceptelor moderne, formarea particulelor încărcate în nori este asociată cu prezența unui câmp electric în apropierea Pământului care are o sarcină negativă. Aproape de suprafața planetei, puterea câmpului electric este de 100 V/m. Această valoare este aceeași aproape peste tot și nu depinde de timpul și locul măsurătorilor. Câmpul electric al Pământului este cauzat de prezența particulelor încărcate libere în aerul atmosferic, care sunt în continuă mișcare.

De exemplu, în 1 cm3 de aer există mai mult de 600 de particule încărcate pozitiv și același număr de particule încărcate negativ. Pe măsură ce vă îndepărtați de suprafața pământului, densitatea particulelor încărcate din aer crește brusc. Aproape de sol, conductivitatea electrică a aerului este neglijabilă, dar deja la altitudini de peste 80 km, conductivitatea electrică crește de 3.000.000.000 (!) de ori și devine egală cu conductivitatea apei proaspete. Dacă tragem analogii, atunci, într-o primă aproximare, planeta noastră poate fi comparată cu un condensator imens în formă de minge.

În acest caz, suprafața Pământului și stratul de aer concentrat la o altitudine de optzeci de kilometri deasupra suprafeței pământului sunt luate drept acoperiri. O parte a atmosferei cu o grosime de 80 km, care are conductivitate electrică scăzută, acționează ca un izolator. Între plăcile unui condensator virtual apare o tensiune de până la 200 kV, iar curentul poate fi de până la 1.400 A. Un astfel de condensator are o putere incredibilă - aproximativ 300.000 kW (!). În câmpul electric al planetei, la o altitudine între 1 și 8 kilometri de suprafața pământului, particulele încărcate se condensează și apar fenomene de furtună, care agravează mediul electromagnetic și sunt o sursă de zgomot de impuls în sistemele energetice.

Fenomenele de furtună sunt clasificate în furtuni frontale și termice. În fig. Figura 1 prezintă o diagramă a aspectului unei furtuni termice. Ca urmare a iradierii intense de către razele solare, suprafața pământului se încălzește. O parte din energia termică trece în atmosferă și își încălzește straturile inferioare. Masele de aer cald se extind și cresc mai sus. Deja la o altitudine de doi kilometri ajung într-o zonă cu temperaturi scăzute, unde umiditatea se condensează și apar nori cu tunturi. Acești nori sunt formați din picături microscopice de apă care poartă o sarcină. De regulă, norii se formează în zilele fierbinți de vară după-amiaza și au dimensiuni relativ mici.

Furtunile frontale se formează atunci când două fluxuri de aer cu temperaturi diferite se ciocnesc frontal. Fluxul de aer cu o temperatură scăzută cade în jos, mai aproape de sol, iar masele de aer cald se grăbesc în sus (Fig. 2). Norii de tunsoare se formează la altitudini cu temperaturi scăzute, unde aerul umed se condensează. Furtunile frontale pot fi destul de lungi și acoperă o zonă semnificativă.

În același timp, mediul electromagnetic de fundal este vizibil distorsionat, provocând zgomot de impuls în rețelele electrice. Astfel de fronturi se deplasează cu viteze de la 5 la 150 km/h și mai mari. Spre deosebire de furtunile termice, furtunile frontale sunt active aproape non-stop și reprezintă un pericol grav pentru instalațiile industriale care nu sunt echipate cu sistem de protecție împotriva trăsnetului și împământare eficientă. Când aerul rece se condensează într-un câmp electric, se formează picături de apă polarizate (Fig. 3): există o sarcină pozitivă în partea inferioară a picăturilor și o sarcină negativă în partea superioară.

Datorită curenților de aer în creștere, picăturile de apă sunt separate: cele mai mici se ridică în sus, iar cele mai mari cad mai jos. Pe măsură ce picătura se mișcă în sus, partea încărcată negativ a picăturii atrage sarcini pozitive și respinge pe cele negative. Ca urmare, picătura devine încărcată pozitiv deoarece colectează treptat o sarcină pozitivă. Picăturile care cad atrag sarcini negative și devin încărcate negativ pe măsură ce cad.

Împărțirea particulelor încărcate într-un nor de tunere are loc într-un mod similar: particulele încărcate pozitiv se acumulează în stratul superior, iar cele încărcate negativ se acumulează în stratul inferior. Un nor de tunete nu este practic un conductor și, din acest motiv, încărcăturile sunt reținute pentru ceva timp. Dacă un câmp electric mai puternic al norului afectează câmpul electric „vreme senină”, acesta își va schimba direcția în locația sa (Fig. 4).

Distribuția particulelor încărcate în masa norului este extrem de neuniformă:
în unele puncte densitatea are o valoare maximă, iar în altele are o valoare mică. În locul în care se acumulează un număr mare de sarcini și se formează un câmp electric puternic cu o intensitate critică de ordinul 25-30 kV/cm, apar condiții potrivite pentru formarea fulgerului. Descărcarea fulgerului este similară cu o scânteie observată în spațiul dintre electrozi care sunt buni conductori de electricitate.

Ionizarea aerului atmosferic

Aerul atmosferic este format dintr-un amestec de gaze: azot, oxigen, gaze inerte si vapori de apa. Atomii acestor gaze se combină în legături puternice și stabile, formând molecule. Fiecare atom este un nucleu de protoni care are o sarcină pozitivă. Electronii cu sarcină negativă („norul de electroni”) se rotesc în jurul nucleului.

În termeni cantitativi, sarcina nucleului și sarcina totală a electronilor sunt egale între ele. În timpul ionizării, electronii părăsesc un atom (moleculă). În timpul procesului de ionizare atmosferică se formează 2 particule încărcate: un ion pozitiv (nucleu cu electroni) și un ion negativ (electron liber). La fel ca multe fenomene fizice, ionizarea necesită o anumită cantitate de energie, numită energie de ionizare a aerului.

Când apare o tensiune suficientă în stratul de aer format din 2 electrozi conductori, toate particulele încărcate libere, sub influența intensității câmpului electric, vor începe să se miște în mod ordonat. Masa unui electron este de multe ori (de 10.000 ... 100.000 de ori) mai mică decât masa nucleului. Ca urmare, atunci când un electron liber se mișcă în câmpul electric al stratului de aer, viteza acestei particule încărcate este mult mai mare decât viteza nucleului. Având un impuls semnificativ, electronul îndepărtează cu ușurință noi electroni din molecule, făcând astfel ionizarea mai intensă. Acest fenomen se numește ionizare de impact (Fig. 5).

Cu toate acestea, nu orice coliziune are ca rezultat îndepărtarea unui electron din moleculă. În unele cazuri, electronii se deplasează pe orbite instabile departe de nucleu. Astfel de electroni primesc o parte din energia de la electronul care se ciocnește, ceea ce duce la excitarea moleculei (Fig. 6.).

Perioada de „viață” a unei molecule excitate este de numai 10-10 secunde, după care electronul revine pe orbita sa anterioară, mai stabilă din punct de vedere energetic.

Când electronul revine pe o orbită stabilă, molecula excitată emite un foton. Fotonul, la rândul său, în anumite condiții poate ioniza alte molecule. Acest proces a fost numit fotoionizare (Fig. 7). Există și alte surse de fotoionizare: raze cosmice de înaltă energie, unde de lumină ultravioletă, radiații radioactive etc. (Fig. 8).

De regulă, ionizarea moleculelor de aer are loc la temperaturi ridicate. Pe măsură ce temperatura crește, moleculele de aer și electronii liberi care participă la mișcarea termică (haotică) dobândesc energie mai mare și se ciocnesc între ele mai des. Rezultatul unor astfel de ciocniri este ionizarea aerului, numită ionizare termică. Cu toate acestea, procesele inverse pot apărea și atunci când particulele încărcate își neutralizează propriile sarcini (recombinare). În timpul procesului de recombinare, se observă o emisie intensă de fotoni.

Formarea de streamere și descărcare corona

Atunci când intensitatea câmpului electric în spațiul de aer dintre plăcile încărcate crește la valori critice, se poate dezvolta ionizare de impact, care este o cauză comună a interferențelor pulsate de înaltă frecvență. Esența sa este următoarea: după ionizarea unei molecule de către un electron, apar doi electroni liberi și un ion pozitiv. Ciocnirile ulterioare duc la apariția a 4 electroni liberi și a 3 ioni cu sarcină pozitivă.

Astfel, ionizarea capătă un caracter de avalanșă, care este însoțită de formarea unui număr imens de electroni liberi și ioni pozitivi (Fig. 9 și 10). Ionii pozitivi se acumulează în apropierea electrodului negativ, iar electronii încărcați negativ se deplasează spre electrodul pozitiv.

În timpul procesului de ionizare, electronii liberi capătă o mobilitate mai mare în comparație cu ionii, astfel încât aceștia din urmă pot fi considerați condiționat particule imobile. Când electronii se deplasează la electrodul pozitiv, sarcinile pozitive rămase au o influență puternică asupra stării câmpului electric, ducând astfel la o creștere a puterii acestuia. Un număr mare de fotoni accelerează ionizarea aerului în apropierea anodului și contribuie la formarea electronilor secundari (Fig. 11), care sunt surse de avalanșe repetate (Fig. 12).

Avalanșele secundare rezultate se deplasează spre anod, unde este concentrată sarcina pozitivă. Electronii liberi sparg sarcina spatiala pozitiva, ducand la formarea unui canal destul de ingust (streamer) in care se afla plasma. Datorită conductibilității sale excelente, streamerul „extinde” anodul, în timp ce procesul de formare a avalanșelor de electroni liberi se accelerează și are loc o creștere suplimentară a intensității câmpului electric (Fig. 13 și 14), deplasându-se spre capul streamerului. . Electronii suplimentari se amestecă cu ionii pozitivi, ducând din nou la formarea de plasmă, care prelungește canalul de streamer.

Orez. 13. O creștere a intensității câmpului electric este însoțită de fotoionizare crescută și generează noi avalanșe de particule încărcate

După ce streamerul umple golul liber, începe etapa de scânteie a descărcării (Fig. 15), caracterizată prin ionizare termică super-puternică a spațiului și ultraconductivitate a canalului de plasmă.

Procesul de formare a streamerului descris este valabil pentru goluri mici caracterizate printr-un câmp electric uniform. Cu toate acestea, în funcție de forma lor, toate câmpurile electrice sunt împărțite în omogene, ușor neomogene și puternic neomogene:

• În cadrul unui câmp electric uniform, intensitatea de-a lungul liniilor de câmp este caracterizată de o valoare constantă. Ca, de exemplu, câmpul electric în partea de mijloc a unui tip de condensator cu plăci paralele.
• Într-un câmp slab neomogen, valorile puterii măsurate de-a lungul liniilor câmpului diferă de cel mult 2 ... 3 ori; un astfel de câmp este considerat a fi slab neomogen. De exemplu, câmpul electric dintre 2 eclatoare sferice sau câmpul electric care apare între învelișul unui cablu ecranat și miezul acestuia.
• Un câmp electric este numit extrem de neomogen dacă este caracterizat de salturi semnificative de intensitate, ceea ce duce la o deteriorare gravă a mediului electromagnetic. În instalațiile electrice industriale, de regulă, câmpurile electrice au o formă foarte neuniformă, ceea ce necesită dispozitive de verificare a compatibilității electromagnetice.

Într-un câmp foarte neomogen, procesele de ionizare sunt colectate în apropierea electrodului pozitiv sau negativ. Prin urmare, descărcarea nu poate ajunge în stadiul de scânteie, iar în acest caz sarcina se formează sub forma unei coroane („descărcare corona”). Odată cu o creștere suplimentară a intensității câmpului electric, în spațiul de aer se formează streamers și are loc o descărcare de scânteie. Deci, dacă lungimea golului este de un metru, atunci descărcarea de scânteie are loc la o intensitate a câmpului de aproximativ 10 kV/cm.

Forma lider a descărcării fulgerelor

Cu un spațiu de aer de câțiva metri în dimensiune, streamers-urile emergente nu au suficientă conductivitate pentru a dezvolta o descărcare cu drepturi depline. Pe măsură ce streamerul se mișcă, se formează o descărcare de fulger, care ia forma de lider. O parte a canalului, numită lider, este umplută cu particule ionizate termic. O cantitate semnificativă de particule încărcate este concentrată în canalul lider, a cărui densitate este mult mai mare decât media pentru streamer. Această proprietate oferă condiții bune pentru formarea unui streamer și transformarea lui într-un lider.

Orez. 16. Procesul de mișcare a streamerului și apariția unui lider negativ (AB – avalanșă inițială; CD – streamer format).

În fig. Figura 16 demonstrează schema clasică pentru apariția unui lider negativ. Un flux de electroni liberi se deplasează de la catod la anod. Conurile umbrite arată avalanșele de electroni rezultate, iar traiectoriile fotonilor emiși sunt prezentate sub formă de linii ondulate. În fiecare avalanșă, atunci când electronii se ciocnesc, aerul este ionizat, iar fotonii rezultați ionizează ulterior alte molecule de aer. Ionizarea capătă un caracter de masă și numeroase avalanșe se contopesc într-un singur canal. Viteza fotonilor este de 3*108 m/s, iar viteza electronilor în mișcare liberă în partea frontală a avalanșei este de 1,5*105 m/s.

Dezvoltarea unui streamer are loc mai rapid decât avansarea unei avalanșe de electroni. În fig. Figura 16 arată că în timpul în care prima avalanșă parcurge distanța AB, pe segmentul CD se formează un canal streamer cu ultraconductivitate pe toată lungimea sa. Un streamer standard se deplasează cu o viteză medie de 106-107 m/s. Dacă electronii liberi au o concentrație suficient de mare, în canalul streamer are loc o ionizare termică intensă, ceea ce duce la apariția unui lider - o structură liniară cu o componentă de plasmă.

Pe măsură ce liderul se mișcă, în partea sa de capăt se formează noi streamere, care mai târziu devin și lider. În fig. Figura 17 prezintă dezvoltarea unui lider negativ într-un întrefier cu un câmp electric neuniform: liderul se mișcă de-a lungul canalului streamer (Fig. 17a); după ce transformarea canalului streamerului în lider este finalizată, apar noi avalanșe.

Orez. 17. Schema de formare și dezvoltare a unui lider negativ pe o perioadă îndelungată.

Avalanșele de electroni se mișcă în întregul spațiu de aer (Fig. 17b) și se formează un nou streamer (Fig. 17c). De regulă, streamerii se deplasează pe traiectorii aleatorii. Cu această formare a unei descărcări de fulgere în goluri de aer lungi, chiar și la intensități scăzute ale câmpului electric (de la 1.000 la 2.000 V/cm), liderul parcurge rapid distanțe semnificative.

Când liderul ajunge la electrodul opus, stadiul lider al descărcării fulgerului se termină și începe etapa descărcării inverse (principale). În acest caz, o undă electromagnetică se propagă de la suprafața pământului de-a lungul canalului liderului, datorită căruia potențialul liderului este redus la zero. Astfel, între electrozi se formează un canal supraconductor prin care trece o descărcare de fulger.

Etapele dezvoltării unei descărcări de fulgere

Condițiile de apariție a fulgerului se formează în acea parte a norului de tunete în care acumularea de particule încărcate și intensitatea câmpului electric au atins valori de prag. În acest moment, se dezvoltă ionizarea de impact și se formează avalanșe de electroni, apoi, sub influența ionizării foto și termice, apar streamers, transformându-se în lideri.

a – afișare vizuală; b – caracteristica curentului.

Lungimea fulgerului variază de la sute de metri și poate ajunge la câțiva kilometri (lungimea medie a descărcării unui fulger este de 5 km). Datorită tipului de dezvoltare lider, fulgerul este capabil să parcurgă distanțe semnificative într-o fracțiune de secundă. Ochiul uman vede fulgerul ca o linie continuă constând din una sau mai multe dungi strălucitoare de alb, roz deschis sau albastru strălucitor. De fapt, o descărcare de fulger este mai multe impulsuri, inclusiv două etape: o etapă de conducere și o etapă de descărcare inversă.

În fig. Figura 18 prezintă o trecere în timp a impulsurilor fulgerului, care arată descărcarea etapei conducătoare a primului impuls care se dezvoltă sub formă de pași. În medie, linia etapei este de cincizeci de metri, iar întârzierea dintre etapele adiacente ajunge la 30-90 μs. Viteza medie de propagare a liderului este de 105...106 m/s.

Forma treptată a dezvoltării liderului se explică prin faptul că este nevoie de ceva timp pentru a forma un streamer principal (o pauză între pași). Impulsurile ulterioare se deplasează de-a lungul canalului ionizat și au o etapă de lider în formă clară de săgeată. După ce liderul ajunge la primul puls al suprafeței pământului, apare un canal ionizat prin care se mișcă sarcina. În acest moment începe a 2-a etapă a unei descărcări de fulger (descărcare inversă).

Descărcarea principală este vizibilă sub forma unei linii luminoase continue care străpunge spațiul dintre nori de tunet și sol (fulger liniar). După ce descărcarea principală ajunge în nor, strălucirea canalului de plasmă scade. Această fază se numește afterglow. Într-o descărcare de fulger, se observă până la douăzeci de impulsuri repetate, iar durata descărcării în sine ajunge la 1 secundă sau mai mult.

În patru din zece cazuri, se observă descărcări multiple de fulgere, care provoacă zgomot de impuls în rețelele energetice. În medie se observă 3...4 impulsuri. Natura pulsurilor repetate este asociată cu afluxul treptat al încărcăturilor rămase în norul de tunete către canalul de plasmă.

Acțiunea selectivă a descărcării fulgerelor

Când canalul lider tocmai începe să se dezvolte, puterea câmpului electric din partea capului său este determinată de volumul sarcinii liderului și de acumulările de particule încărcate volumetrice situate sub norul de tunere. Direcția prioritară a descărcării depinde de intensitățile maxime ale câmpului electric. La o altitudine semnificativă, această direcție este determinată numai de canalul lider (Fig. 19).

Când canalul lider al unei descărcări de fulgere se deplasează spre suprafața pământului, câmpul său electric este distorsionat de câmpul pământului și de instalațiile masive de energie de la sol. Valorile maxime ale intensității și direcția de propagare a liderului fulgerului sunt determinate atât de sarcinile proprii, cât și de sarcinile concentrate pe sol, precum și pe structurile artificiale (Fig. 20).

Înălțimea H a capului liderului deasupra suprafeței pământului, la care o influență semnificativă asupra câmpului electric al liderului se manifestă prin câmpurile de sarcini acumulate în cantități semnificative pe sol și la instalațiile de putere, capabile să schimbe direcția de mișcare a conducătorului. lider, se numește înălțimea de orientare a descărcării fulgerului.
Cu cât sunt mai multe sarcini electrice în canalul lider, cu atât este mai mare înălțimea la care poate apărea o modificare a traiectoriei fulgerului.

În figura 21 este prezentată mișcarea debitului principal de la suprafața pământului către norul de tunete și propagarea liderului spre sol (suprafață plană).

Atunci când o descărcare de fulger se deplasează către o structură de sol înaltă (suport de linie electrică sau turn) spre descărcarea lider care se răspândește de la un nor de tuns la suprafața pământului, din suportul de la sol se dezvoltă un contra lider (Fig. 22.). În acest caz, descărcarea principală apare în punctul de legătură dintre lideri și se mișcă în ambele direcții.

Orez. 22. Dezvoltarea etapei lider (sus) și a treptei principale de descărcare (jos) atunci când o descărcare de fulger lovește un suport metalic

Procesul de formare a fulgerului arată că locația specifică a descărcării fulgerului este determinată în stadiul de lider. Dacă există o structură de sol înaltă direct sub nor (de exemplu, un turn de televiziune sau un suport de linie electrică), atunci liderul în curs de dezvoltare se va deplasa spre sol pe calea cea mai scurtă, adică către lider, care se extinde în sus. din structura solului.

Pe baza experienței practice, putem concluziona că cel mai adesea fulgerul lovește acele instalații de energie care au împământare eficientă și conduc bine electricitatea. La aceeași înălțime, o descărcare de fulger lovește obiectul care are o împământare mai bună și o conductivitate electrică ridicată. Cu înălțimi diferite ale instalațiilor de energie și dacă solul de lângă ele are, de asemenea, rezistivitate diferită, fulgerul poate lovi un obiect inferior situat pe un sol cu ​​o conductivitate mai bună (Fig. 23).

Orez. 23. Susceptibilitatea selectivă a descărcărilor de trăsnet: sol cu ​​conductivitate electrică ridicată (a); sol cu ​​conductivitate redusă (b).

Acest fapt poate fi explicat prin faptul că, în timpul dezvoltării etapei conducătoare, curenții de conducere curg de-a lungul unei căi cu conductivitate crescută, prin urmare, în anumite zone există o concentrare de sarcini legate de lider. Ca urmare, influența câmpului electric al sarcinilor de pe suprafața pământului asupra câmpului electric al liderului emergent crește. Aceasta explică selectivitatea fulgerului. De regulă, zonele de sol și structurile artificiale supraterane cu conductivitate ridicată sunt cel mai adesea afectate. În practică, s-a stabilit că pe liniile electrice de înaltă tensiune fulgerul lovește nu mai mult de o treime din suporturile amplasate în locuri strict delimitate.

Teoria deteriorării selective a obiectelor pământești prin descărcări de trăsnet a găsit o confirmare practică în amenajarea protecției împotriva trăsnetului și împământarea instalațiilor electrice ale substațiilor electrice. Acele zone care sunt caracterizate de conductivitate scăzută au fost mult mai puțin probabil să fie lovite de fulger. În fig. Figura 24 arată câmpul electric dintre sol și un nor de tunet înainte de lovirea unui fulger.

Odată cu o schimbare treptată a intensității câmpului electric al unui nor de tunete, conductivitatea solului asigură un echilibru al numărului de sarcini atunci când câmpul electric al norului se modifică. În timpul unei descărcări de fulgere, intensitatea câmpului se modifică atât de repede încât, din cauza conductibilității scăzute a solului, nu există timp pentru redistribuirea sarcinii. Concentrarea sarcinilor în locuri individuale duce la o creștere a intensității câmpului electric între locurile caracteristice și norul de tunete (Fig. 25), astfel încât descărcarea fulgerului lovește selectiv aceste locuri.

Acest lucru confirmă în mod clar teoria selectivității de descărcare a fulgerului, conform căreia, în condiții similare, fulgerul lovește întotdeauna acele locuri în care există o conductivitate electrică crescută a solului.

Principalii parametri ai fulgerului

Pentru a caracteriza curenții de fulger, se folosesc următorii parametri:

• Valoarea maximă a impulsului curentului de fulger.
• Gradul de abruptie al frontului de curent de fulger.
• Durata frontului impulsului curent.
• Durata completă a pulsului.

Durata unui impuls de curent de fulger este timpul necesar pentru ca descărcarea de retur să parcurgă distanța dintre sol și un nor de tunete (20...100 μs). Partea frontală a impulsului de curent fulger este în intervalul de la 1,5 la 10 μs.

Durata medie a unui impuls de curent de fulger este de 50 μs. Această valoare este valoarea standard a impulsului curentului de trăsnet la testarea rigidității dielectrice a cablurilor ecranate: acestea trebuie să reziste la loviturile directe de trăsnet și să mențină integritatea izolației. Pentru a testa rezistența izolației atunci când este expus la impulsuri de tensiune de fulger (testele sunt reglementate de GOST 1516.2-76), se adoptă un impuls de curent de tensiune de fulger standard, prezentat în Fig. 26 (pentru comoditatea calculelor, frontul efectiv se reduce la unul oblic echivalent).

Pe axa verticală a scanării supratensiunii impulsului, la un nivel egal cu 0,3 Umax și 0,9 Umax, sunt marcate puncte de control, conectate printr-o linie dreaptă. Intersecția acestei drepte cu axa timpului și cu linia dreaptă orizontală tangentă la Umax ne permite să determinăm durata impulsului Tf. Un impuls de fulger standard are o valoare de 1,2/50: unde Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (durata completă a impulsului).

O altă caracteristică importantă a unui impuls de fulger este rata de creștere a curentului de tensiune la frontul pulsului (abrupta frontală, A*μs). Tabelul 1 prezintă principalii parametri ai descărcărilor de fulgere pentru teren plat. La munte, există o scădere a amplitudinii fluctuațiilor curentului fulgerului (de aproape două ori) în comparație cu valorile pentru câmpie. Acest lucru se explică prin faptul că munții sunt mai aproape de nori, prin urmare, în zonele muntoase, fulgerele au loc la o densitate mult mai mică a particulelor încărcate în nori, ceea ce duce la o scădere a valorilor de amplitudine ale curenților de fulgere.

Conform tabelului, atunci când fulgerul lovește suporturile liniilor electrice de înaltă tensiune, se generează curenți uriași - mai mult de 200 kA. Cu toate acestea, astfel de descărcări de trăsnet care provoacă curenți semnificativi sunt observate extrem de rar: curenți de peste 100 kA apar în cel mult 2% din cazuri din numărul total de descărcări de trăsnet, iar curenți de peste 150 kA apar în mai puțin de 0,5% din cazuri. Distribuția probabilității valorilor de amplitudine ale curenților de fulger în funcție de valorile de amplitudine ale curenților este prezentată în Fig. 27. Aproximativ 40% din toate descărcările de trăsnet au curenți care nu depășesc 20 kA.

Orez. 28. Curbe ale distribuției de probabilitate (în %) a abruptului frontului de impuls al curentului de fulger. Curba 1 – pentru zone plane; curba 2 – pentru condiții montane.

Nivelul de zgomot de impuls și supratensiune care apar la instalațiile electrice depinde de abruptul real al frontului curentului pulsat al unei descărcări de fulger. Gradul de abrupție variază pe o gamă largă și are o corelație slabă cu valorile de amplitudine ale curenților de fulger. În fig. Figura 28 prezintă o imagine a distribuției de probabilitate a nivelului de abruptitate a impulsului de curent de fulger frontal pe câmpie (curba 1) și în munți (curba 2).

Impactul curenților de fulgere

În timpul trecerii curenților de fulgere prin diverse obiecte, acestea din urmă sunt supuse unor influențe mecanice, electromagnetice și termice.
Generarea semnificativă de căldură poate distruge conductoarele metalice de secțiune mică (de exemplu, legături sigure sau fire telegrafice). Pentru a determina valoarea critică a curentului de fulger Im (kA), la care are loc topirea sau chiar evaporarea conductorului, se utilizează următoarea formulă

k – coeficient specific în funcție de materialul conductorului (cupru 300...330, aluminiu 200...230, oțel 115...440).
Q – secțiunea conductorului, mm2;
tm este durata impulsului curentului de fulger, μs.

Cea mai mică secțiune transversală a unui conductor (paratrăsnet), care garantează siguranța acestuia în timpul unei descărcări de trăsnet într-o instalație de alimentare, este de 28 mm2. La valorile maxime ale curentului, un conductor de oțel cu o secțiune transversală similară se încălzește până la sute de grade în câteva microsecunde, dar își păstrează integritatea. Când sunt expuse la un canal de fulger, piesele metalice se pot topi la o adâncime de 3-4 mm. Rupele firelor individuale ale cablurilor de protecție împotriva trăsnetului de pe liniile de alimentare apar adesea din cauza arderii de către o descărcare de trăsnet în punctele de contact dintre canalul de trăsnet și cablu.

Din acest motiv, paratrăsnetul din oțel au secțiuni mari: cablurile de paratrăsnet trebuie să aibă o secțiune transversală de cel puțin 35 mm2, iar paratrăsnetul trebuie să aibă o secțiune transversală de cel puțin 100 mm2. Atunci când un canal de fulger lovește materiale inflamabile și inflamabile (lemn, paie, combustibili și lubrifianți, combustibil gazos etc.), pot apărea explozii și incendii. Impactul mecanic al curentului de trăsnet se manifestă prin distrugerea structurilor din lemn, cărămidă și piatră lipsite de protecție împotriva trăsnetului și împământare adecvată.

Despicarea stâlpilor de linii electrice din lemn se explică prin faptul că curentul fulgerului, care se deplasează prin structura internă a lemnului, generează o eliberare abundentă de vapori de apă, care, prin presiunea sa, rupe fibrele lemnului. Pe vreme ploioasă, despicarea lemnului este mai mică decât pe vreme uscată. Deoarece lemnul umed se caracterizează printr-o conductivitate mai bună, curentul de fulger trece în principal de-a lungul suprafeței lemnului, fără a provoca daune semnificative structurilor din lemn.

În timpul unei descărcări de fulger, bucăți de lemn de până la trei centimetri grosime și până la cinci centimetri lățime sunt adesea rupte din suporturi de lemn și, în unele cazuri, fulgerul desparte în jumătate montantii și traversele suporturilor care nu sunt echipate cu împământare. În acest caz, elementele metalice ale izolatoarelor (șuruburi și cârlige) zboară din locurile lor și cad la pământ. Într-o zi, un fulger a fost atât de puternic încât un plop uriaș de aproximativ 30 m înălțime s-a transformat într-un morman de așchii mici.

Trecând prin fisuri înguste și prin deschideri mici, descărcările de fulgere produc distrugeri semnificative. De exemplu, curenții de fulger deformează cu ușurință descărcătoarele tubulare instalate pe liniile electrice. Chiar și dielectricii clasici (piatră și cărămidă) sunt supuși efectelor distructive ale descărcărilor puternice. Forțele de impact electrostatic pe care le au încărcăturile rămase pot distruge cu ușurință clădirile din cărămidă și piatră cu ziduri groase.

În timpul etapei de descărcare a fulgerului principal, în apropierea punctului de lovire, în conductorii și structurile metalice ale instalațiilor energetice apar interferențe de impuls și supratensiune, care, trecând prin împământarea obiectelor energetice, creează zgomot de impuls de înaltă frecvență și un zgomot semnificativ. cădere de tensiune, atingând 1.000 kV sau mai mult. Descărcările de fulgere pot apărea nu numai între nori de tunsoare și sol, ci și între nori individuali. Un astfel de fulger este complet sigur pentru personalul și echipamentele instalațiilor electrice. În același timp, descărcările de fulgere care ajung la sol reprezintă un pericol grav pentru oameni și dispozitive tehnice.

Activitate de furtună în Federația Rusă

În diferite zone ale țării noastre, intensitatea activității furtunilor variază semnificativ. Regiunile nordice se confruntă cu cea mai slabă activitate de furtună. Pe măsură ce vă deplasați spre sud, se înregistrează o creștere a activității furtunilor, care se caracterizează prin numărul de zile pe an în care au fost furtuni. Durata medie a furtunilor pentru o zi de furtună pe teritoriul Federației Ruse este de la 1,5 la 2 ore. Activitatea furtunilor pentru orice punct din Federația Rusă este stabilită folosind hărți meteorologice speciale ale activității furtunilor, care sunt compilate pe baza datelor din observațiile pe termen lung ale stațiilor meteorologice (Fig. 29).

Fapte interesante despre fulgere:

• În acele zone în care activitatea furtunilor este de 30 de ore pe an, în medie se produce 1 fulger pe kilometru pătrat de suprafață terestră la fiecare doi ani.
• În fiecare secundă, suprafața planetei noastre experimentează peste o sută de fulgere.