Stromy sa často stávajú terčom úderov blesku, čo niekedy vedie k veľmi vážnym následkom. Povieme si o nebezpečenstve, ktoré udrie blesk ako pre samotné stromy, tak aj pre ľudí žijúcich vedľa nich, ako aj o tom, ako môžete znížiť riziká spojené s týmto javom.

Kde udrie blesk

Na významnej časti územia Zeme sú búrky celkom bežným javom. V tom istom čase zúri nad Zemou asi jeden a pol tisíca búrok. Napríklad v Moskve sa každý rok pozoruje viac ako 20 dní s búrkami. Ale napriek tomu, že tento prírodný fenomén je dobre známy, jeho sila nemôže len šokovať. Napätie priemerného blesku je asi 100 000 voltov a prúd je 20 000 - 50 000 ampérov. Teplota bleskového kanála v tomto prípade dosahuje 25 000 - 30 000 °C. Niet divu, že blesky udierajú do budov, stromov alebo ľudí a šíria svoj elektrický náboj, často s katastrofálnymi následkami.

Hoci porážka jedného pozemného objektu bleskom, či už ide o budovu, stožiar alebo strom, je pomerne zriedkavá udalosť, kolosálna ničivá sila robí z búrok jeden z najnebezpečnejších prírodných javov pre ľudí. Podľa štatistík tak každý siedmy požiar vo vidieckych oblastiach vzniká v dôsledku úderu blesku, v počte registrovaných úmrtí spôsobených prírodnými katastrofami je blesk na druhom mieste za povodňami.

Pravdepodobnosť, že pozemné objekty (vrátane stromov) zasiahne blesk, závisí od niekoľkých faktorov:

• o intenzite búrkovej činnosti v regióne (v súvislosti s klímou);
• na výške tohto objektu (čím vyššie, tým je pravdepodobnejší zásah blesku);
• od elektrického odporu objektu a vrstiev pôdy pod nimi (čím nižší je elektrický odpor objektu a vrstiev pôdy pod ním, tým vyššia je pravdepodobnosť výboja blesku do neho).

Z vyššie uvedeného je zrejmé, prečo sa stromy často stávajú terčom bleskov: strom je často prevládajúcim prvkom reliéfu na výšku, živé drevo nasýtené vlhkosťou, spojené s hlbokými vrstvami pôdy s nízkym elektrickým odporom, často predstavuje studňu -uzemnený prirodzený bleskozvod.

Búrková činnosť v niektorých osadách Moskovskej oblasti

lokalita	Priemerné ročné trvanie búrok, hod	Špecifická hustota úderov blesku na 1 km²	Všeobecné charakteristiky búrkovej činnosti
Volokolamsk	40–60	4	vysoká
Istra	40–60	4	vysoká
Nový Jeruzalem	40–60	4	vysoká
Pavlovský Posad	20–40	2	priemer
Moskva	20–40	2	priemer
Kashira	20–40	2	priemer

Aké je nebezpečenstvo zasiahnutia stromu bleskom

Následky úderu blesku do stromu sú často zničujúce ako pre neho samotného, ​​tak aj pre okolité budovy, a tiež predstavujú značnú hrozbu pre ľudí, ktorí sú v danej chvíli nablízku. V okamihu prechodu silného elektrického náboja cez drevo dochádza k mohutnému uvoľneniu tepla a explozívnemu odparovaniu vlhkosti vo vnútri kmeňa. Výsledkom je poškodenie rôznej závažnosti: od povrchových popálenín alebo prasklín až po úplné rozštiepenie kmeňa alebo požiar stromu. V niektorých prípadoch dochádza k výraznému mechanickému poškodeniu vo vnútri kmeňa (pozdĺžne trhliny alebo štiepanie dreva pozdĺž letokruhov), ktoré sú pri externom skúmaní takmer nepostrehnuteľné, ale výrazne zvyšujú riziko pádu stromu v blízkej budúcnosti. Často vážne, ale pri vizuálnej kontrole nepostrehnuteľné poškodenie môžu byť spôsobené aj koreňmi stromu.

V prípade, že poškodenie bleskom nevedie k okamžitému zničeniu alebo smrti stromu, rozsiahle zranenia, ktoré utrpí, môžu spôsobiť rozvoj nebezpečných chorôb, ako je hniloba, cievne choroby, oslabená rastlina sa stáva ľahkou korisťou škodcov stoniek. V dôsledku toho sa strom môže stať nebezpečným alebo vyschnúť.

Údery bleskov do stromov (vrátane živých) často spôsobujú požiare, ktoré sa šíria do okolitých budov. Niekedy sa bočný výboj zo stromu prenáša na stenu budovy, aj keď je na nej nainštalovaný bleskozvod. Nakoniec sa elektrický potenciál z postihnutého stromu šíri v povrchových vrstvách zeme, v dôsledku čoho môže byť zanesený do budovy, poškodiť podzemné inžinierske siete alebo spôsobiť úraz elektrickým prúdom ľuďom či domácim zvieratám.

Úder blesku do stromu môže spôsobiť značné materiálne škody, aj keď nejde o núdzovú situáciu. Koniec koncov, posúdenie bezpečnosti takéhoto stromu, špeciálna starostlivosť oň alebo dokonca jednoduché odstránenie vysušeného alebo beznádejne chorého stromu môže byť spojené so značnými nákladmi na materiál.

Niekedy sa bočný výboj zo stromu prenáša na stenu budovy, aj keď je na nej nainštalovaný bleskozvod.

Regulačné otázky

Prakticky tak môže byť opodstatnená ochrana pred bleskom najmä cenných stromov (ktoré sú centrom krajinných kompozícií, historických a vzácnych) alebo stromov rastúcich v blízkosti obydlí. Regulačný rámec, ktorý predpisuje alebo upravuje ochranu stromov pred bleskom, však u nás úplne absentuje. Tento stav je skôr dôsledkom zotrvačnosti domáceho regulačného rámca ako adekvátneho hodnotenia rizík spojených s údermi blesku do stromov v mestskom prostredí.

Hlavná súčasná domáca norma ochrany pred bleskom pochádza z roku 1987. Postoj k ochrane pred bleskom na vidieku v tomto dokumente odzrkadľuje dobové reálie a pozície: materiálna hodnota väčšiny vidieckych stavieb nebola veľká a záujmy štátu sa sústreďovali skôr na ochranu verejného ako súkromného majetku. Okrem toho zostavovatelia domácich noriem vychádzali z predpokladu, že pri výstavbe prímestského bývania sa dodržiavajú stavebné normy a pravidlá, no nie vždy to tak je. Najmä minimálna vzdialenosť od kmeňa stromu k stene budovy musí byť aspoň 5 m.V realite prímestskej výstavby sa domy často nachádzajú v blízkosti stromov. Majitelia takýchto stromov sa navyše spravidla zdráhajú súhlasiť s ich odstránením.

V iných krajinách existujú normy na ochranu pred bleskom: napríklad americký - ANSI A 300 časť 4 alebo britská - britský štandard 6651 upravuje aj ochranu stromov pred bleskom.

Minimálna vzdialenosť od kmeňa stromu k stene budovy musí byť minimálne 5 m.

Kedy je potrebná ochrana?

V akých prípadoch má zmysel uvažovať o ochrane stromu pred bleskom? Uvádzame faktory, na základe ktorých možno takéto rozhodnutie odporučiť.

Strom rastie na otvorených plochách alebo výrazne vyššie ako susedné stromy, budovy, stavby a terény. Objekty, ktoré dominujú vo výške, sú častejšie zasiahnuté bleskom.

Oblasť s vysokou búrkovou aktivitou. S vysokou frekvenciou búrok sa zvyšuje pravdepodobnosť poškodenia stromov (ale aj iných objektov). Hlavnými charakteristikami búrkovej aktivity sú priemerný ročný počet búrkových hodín, ako aj priemerná špecifická hustota úderov blesku do zeme (priemerný ročný počet úderov blesku na 1 km²) zemského povrchu. Posledný indikátor sa používa na výpočet očakávaného počtu bleskových úderov objektu (vrátane stromu) za rok. Napríklad v prípade oblasti s priemerným trvaním 40 – 60 búrkových hodín za rok (najmä niektoré oblasti Moskovskej oblasti) možno očakávať poškodenie stromu s výškou 25 m raz za 20 rokov.

Poloha lokality v blízkosti vodných plôch, podzemných prameňov, vysoká pôdna vlhkosť na lokalite . Toto usporiadanie ešte zvyšuje riziko, že strom zasiahne blesk.

Vysoký strom rastie vo vzdialenosti troch metrov alebo menej od budovy. Toto usporiadanie stromu neovplyvňuje pravdepodobnosť zásahu bleskom. Porážanie stromov nachádzajúcich sa v blízkosti budov však predstavuje významné ohrozenie ako pre samotné budovy, tak aj pre ľudí v nich. Zároveň sa zvyšuje riziko poškodenia budovy bočným výbojom, riziko poškodenia strechy pri páde stromu je veľmi vysoké a pri jeho vznietení môže dôjsť k rozšíreniu požiaru na budovu.

Vetvy stromu visia nad strechou budovy, dotýkajú sa jej stien, prístreškov, odkvapov alebo dekoratívnych prvkov fasády. V tomto prípade sa zvyšuje aj riziko poškodenia budovy, požiarov a prenosu výtoku do domu.

Strom patrí k druhom, do ktorých často alebo pravidelne udierajú blesky. . Niektoré druhy stromov sú pravdepodobnejšie zasiahnuté bleskom ako iné. Duby sú najčastejšie postihnuté bleskom.

Korene stromu rastúceho v blízkosti budovy sa môžu dostať do kontaktu s podzemným základom alebo komunikáciou vhodnou pre dom. V tomto prípade, keď je strom zasiahnutý bleskom, zvyšuje sa pravdepodobnosť „šmyku“ výboja do priestorov alebo poškodenia komunikácií (napríklad senzorov zavlažovacieho systému a elektrických sietí).

Špecialisti na bleskozvod budov odporúčajú inštaláciu samostatne stojaceho bleskozvodu, pričom vo vzdialenosti 3 až 10 m sa nachádzajú stromy, ktoré sú výškovo a inými parametrami vhodné na inštaláciu bleskozvodu a zvodu. Inštalácia samostatného stožiara môže byť dosť drahá. Pre mnohých majiteľov vidieckych domov sú takéto stožiare aj esteticky neprijateľné. A napokon, je veľmi ťažké umiestniť stožiar v pásme lesa tak, aby sa pri jeho stavbe nepoškodili korene stromov alebo aby strie neprekážali pohybu osôb.

Vystavenie nechráneným stromom niektorých druhov
(zo štandard ANSI A 300, časť 4)

Princíp fungovania

Princíp činnosti systému ochrany pred bleskom spočíva v tom, že výboj blesku je "zachytený" bleskozvodom, bezpečne vyvedený zvodom a pomocou uzemnenia prenášaný do hlbokých vrstiev pôdy.

Komponenty systému ochrany pred bleskom stromu sú: bleskozvod (jeden alebo viac), nadzemný zvod, podzemný zvod a uzemňovací systém pozostávajúci z niekoľkých uzemňovacích tyčí alebo dosiek.

Pri vývoji vlastných schém ochrany pred bleskom sme čelili potrebe skombinovať domáce normy na ochranu budov a stavieb pred bleskom a západné normy upravujúce ochranu stromov pred bleskom. Potreba takejto kombinácie je spôsobená skutočnosťou, že v súčasných domácich normách neexistujú žiadne odporúčania na inštaláciu systémov ochrany pred bleskom na stromoch a staršie predpisy obsahujú pokyny, ktoré ohrozujú zdravie stromu. Americká norma ANSI A 300, ktorá obsahuje podrobné informácie o montáži systému na strom a zásadách jeho inštalácie a údržby, zároveň kladie nižšie požiadavky na elektrickú bezpečnosť systému v porovnaní s domácimi normami.

Komponenty ochrany pred bleskom sú vyrobené z medi alebo nehrdzavejúcej ocele. Zároveň, aby sa zabránilo korózii, je vo všetkých spojeniach a kontaktoch medzi vodivými prvkami použitý iba jeden z vybraných materiálov. Pri použití medi je však povolené použitie bronzových spojovacích prvkov. Medené komponenty sú drahšie, ale majú vyššiu vodivosť, čo môže znížiť veľkosť komponentov, znížiť ich viditeľnosť a znížiť náklady na inštaláciu systému.

Podľa štatistík každý siedmy požiar vo vidieckych oblastiach vzniká v dôsledku úderu blesku, v počte registrovaných úmrtí spôsobených prírodnými katastrofami sú blesky na druhom mieste, po povodniach.

Systémové komponenty

Bleskozvod je kovová trubica uzavretá na konci. Zvodový vodič vstupuje do bleskozvodu a je k nemu pripevnený skrutkami.

Pre stromy s rozprestierajúcou sa korunou sú niekedy potrebné prídavné pantografy, pretože v tomto prípade môže výboj blesku zasiahnuť vetvy alebo vrcholy, ktoré sú ďaleko od bleskozvodu. Ak je na strome inštalovaný mechanický nosný systém vetvy založený na kovových kábloch, potom musí byť pri vykonávaní ochrany pred bleskom tiež uzemnený. Na tento účel je k nemu pomocou skrutkového kontaktu pripevnený ďalší spodný vodič. Treba mať na pamäti, že priamy kontakt medi s pozinkovaným káblom je neprijateľný, pretože vedie ku korózii.

Zvody z bleskozvodov a prídavné kontakty sa spájajú pomocou špeciálnych svorkových kontaktov alebo skrutkových spojov. V súlade s normou ANSI A 300 na ochranu stromov pred bleskom sa používajú zvody vo forme celokovových oceľových lán rôzneho tkania. V súlade s domácimi normami je minimálny účinný prierez medeného zvodu 16 mm², minimálny účinný prierez zvodu z ocele je 50 mm. Pri vedení zvodov po dreve je potrebné vyhnúť sa ich ostrým ohybom. Nie je dovolené ohýbať vodiče pod uhlom menším ako 900, polomer zakrivenia ohybu by nemal byť menší ako 20 cm.

Dolné vodiče sú pripevnené ku kmeňu kovovými sponami, zakopané v dreve kmeňa na niekoľko centimetrov. Materiál svoriek nesmie viesť ku kontaktnej korózii pri pripojení na spodný vodič. Nie je možné upevniť spodné vodiče priviazaním k stromu drôtom, pretože radiálny rast kmeňa povedie k poraneniam prstencov a vysychaniu stromu. Pevná fixácia spodných vodičov na povrch kmeňa (sponkami) povedie k ich zarastaniu do kmeňa, zníženiu životnosti a bezpečnosti systému a rozvoju rozsiahlej hniloby kmeňa. Najlepšou možnosťou montáže systému je inštalácia dynamických svoriek. V tomto prípade, keď sa zväčší priemer kmeňa, sú držiaky s lankami automaticky pritlačené na koniec tyče tlakom tkanív dreva. Treba si uvedomiť, že zahĺbenie čapov spôn niekoľko centimetrov do dreva a ich následné čiastočné zaliatie drevom mu prakticky nespôsobuje žiadnu ujmu.

Dolné vodiče idú dole šachtou k jej základni a idú hlboko do výkopu.

Minimálna hĺbka výkopu pre podzemnú časť zvodu predpísaná normou ANSI A 300 je 20 cm Výkop sa hĺbi ručne pri dodržaní maximálneho počtu koreňov. V prípadoch, keď je poškodenie koreňov obzvlášť nežiaduce, na vytvorenie výkopu by sa malo použiť špeciálne vybavenie. Napríklad vzduchový nôž je kompresorový nástroj určený na vykonávanie zemných prác v blízkosti kmeňa stromov. Toto zariadenie pomocou silného sústredeného prúdu vzduchu dokáže odstraňovať čiastočky pôdy bez poškodenia aj tých najtenších koreňov stromov.

Typ a parametre uzemňovacieho zariadenia a vzdialenosť, do ktorej k nemu musí siahať zvodný vodič, sú určené vlastnosťami pôdy. Je to spôsobené potrebou znížiť odpor zemného impulzu na požadovanú úroveň - elektrický odpor proti šíreniu impulzu elektrického prúdu z uzemňovacej elektródy. Podľa domácich noriem by na miestach pravidelne navštevovaných ľuďmi takýto odpor nemal presiahnuť 10 ohmov. Táto hodnota zemného odporu by mala vylúčiť iskrové prierazy prúdu z podzemného zvodu a uzemňovacej elektródy na povrch pôdy, a teda zabrániť úrazu elektrickým prúdom pre ľudí, budovy a komunikácie. Hlavným ukazovateľom pôdy, ktorý určuje výber schémy uzemnenia, je odpor pôdy - odpor medzi dvoma plochami 1 m³ zeme, keď cez ňu prechádza prúd.

Čím vyšší je odpor pôdy, tým rozsiahlejší musí byť uzemňovací systém, aby sa zabezpečil bezpečný tok elektrického náboja. Na pôdach s nízkym odporom - do 300 Ohm (hliny, íly, mokrade), - sa spravidla používa uzemňovací systém z dvoch vertikálnych uzemňovacích tyčí spojených spodným vodičom. Medzi prútmi je dodržaná vzdialenosť minimálne 5 m. Dĺžka prútov je 2,5–3 m, horný koniec prúta je prehĺbený o 0,5 m.

Na pôdach s vysokými hodnotami odporu (piesočnatá hlina, piesok, štrk) sa používajú viaclúčové uzemňovacie systémy. Pri obmedzení možnej hĺbky uzemnenia sa používajú uzemňovacie dosky. Pre pohodlie kontrol a testovania spoľahlivosti uzemnenia sú nad uzemňovacími prvkami inštalované malé studne.

Rezistivita pôdy nie je konštantná hodnota, jej hodnota silne závisí od pôdnej vlhkosti. Preto sa v suchom období môže znížiť spoľahlivosť uzemnenia. Aby sa tomu zabránilo, používa sa niekoľko metód. Po prvé, zemné tyče sú umiestnené v zavlažovacej zóne vždy, keď je to možné. Po druhé, horná časť tyče je zakopaná 0,5 m pod povrchom pôdy (vrchných 0,5 m pôdy je najviac náchylných na vysychanie). Po tretie, v prípade potreby sa do pôdy pridáva bentonit - prirodzená zložka zadržiavajúca vlhkosť. Bentonit sú malé koloidné minerálne ílové častice, ktorých pórový priestor dobre zadržiava vlhkosť a stabilizuje pôdnu vlhkosť.

Živé drevo nasýtené vlhkosťou, spojené s hlbokými, nízko odolnými zemnými vrstvami, často poskytuje dobre uzemnený prirodzený bleskozvod.

Bežné chyby

V domácej praxi sa ochrana stromov pred bleskom používa zriedka a v prípadoch, keď sa napriek tomu vykonáva, dochádza pri jej výstavbe k množstvu závažných chýb. Ako bleskozvody sa spravidla používajú kovové tyče pripevnené na strome drôtom alebo kovovými obručami. Táto možnosť montáže vedie k vážnym prstencovým poraneniam kmeňa, ktoré nakoniec vedú k úplnému vyschnutiu stromu. Určité nebezpečenstvo predstavuje aj vrastanie zvodu do kmeňa stromu, čo vedie k vzniku rozsiahlych otvorených pozdĺžnych rán na kmeni.

Keďže inštaláciu ochrany pred bleskom na stromoch vykonávajú elektrikári, na výstup na strom zvyčajne používajú hafy (mačky) - čižmy s kovovými hrotmi, ktoré spôsobujú stromu vážne zranenia.

Nanešťastie sa ignorujú aj vlastnosti koruny stromu: spravidla sa neberie do úvahy potreba inštalácie niekoľkých bleskozvodov na viacvrcholové stromy so širokými korunami, nezohľadňujú sa ani štrukturálne chyby vo vetvení stromu. účtu, čo často vedie k odlomeniu a pádu zvršku s inštalovaným bleskozvodom.

Ochrana stromov pred bleskom sa nedá nazvať bežnou praxou. V oblastiach s miernou búrkovou aktivitou sú indikácie na jeho realizáciu pomerne zriedkavé. Napriek tomu v prípadoch, keď je ochrana stromov pred bleskom nevyhnutná, je jej správna realizácia mimoriadne dôležitá. Pri navrhovaní a inštalácii takýchto systémov je dôležité vziať do úvahy nielen spoľahlivosť samotného bleskozvodu, ale aj bezpečnosť systému pre chránený strom.

Konečná spoľahlivosť ochrany pred bleskom bude závisieť tak od správneho výberu jeho materiálov, kontaktov a uzemnenia, ako aj od stability samotného stromu. Len s prihliadnutím na vlastnosti štruktúry koruny, radiálneho rastu, umiestnenia koreňového systému stromu je možné vytvoriť spoľahlivý systém ochrany pred bleskom, ktorý nespôsobuje nebezpečné zranenia stromu, čo znamená, že nespôsobuje vytvárať zbytočné riziká pre ľudí žijúcich v blízkosti.

Búrka - atmosférický jav, pri ktorom dochádza k elektrickým výbojom vo vnútri oblakov alebo medzi oblakom a zemským povrchom - blesk, sprevádzaný hromom. Búrka sa spravidla tvorí v mohutných kupovitých oblakoch a je spojená so silným dažďom, krupobitím a víchricou.

Búrky sú pre človeka jedným z najnebezpečnejších prírodných javov: z hľadiska počtu zaznamenaných úmrtí vedú k väčším ľudským stratám už len povodne.

Búrka

Zároveň na Zemi pôsobí asi jeden a pol tisíca búrok, priemerná intenzita výbojov sa odhaduje na 100 bleskov za sekundu. Búrky sú po povrchu planéty rozložené nerovnomerne.

Rozloženie bleskových výbojov po povrchu Zeme

Nad oceánom je približne desaťkrát menej búrok ako nad kontinentmi. Asi 78 % všetkých výbojov bleskov sa sústreďuje v tropickom a rovníkom pásme (od 30° severnej šírky po 30° južnej šírky). Maximálna búrková aktivita sa vyskytuje v strednej Afrike. V polárnych oblastiach Arktídy a Antarktídy a nad pólmi nie sú prakticky žiadne búrky. Intenzita búrok sleduje slnko: maximum búrok sa vyskytuje v lete (v stredných zemepisných šírkach) a v popoludňajších denných hodinách. Minimálne zaznamenané búrky sa vyskytujú pred východom slnka. Búrky ovplyvňujú aj geografické črty oblasti: silné búrkové centrá sa nachádzajú v horských oblastiach Himalájí a Kordiller.

Vývojové štádiá búrkového oblaku

Nevyhnutnými podmienkami pre vznik búrkovej oblačnosti je prítomnosť podmienok pre rozvoj konvekcie alebo iného mechanizmu, ktorý vytvára vzostupné toky vlhkosti dostatočné na tvorbu zrážok, a prítomnosť štruktúry, v ktorej sú niektoré častice oblakov v tekutom stave a niektoré sú v ľadovom stave. Konvekcia vedúca k rozvoju búrok sa vyskytuje v nasledujúcich prípadoch:

Pri nerovnomernom ohreve povrchovej vrstvy vzduchu na inom podkladovom povrchu. Napríklad nad vodnou hladinou a pevninou v dôsledku rozdielov v teplotách vody a pôdy. Vo veľkých mestách je intenzita konvekcie oveľa vyššia ako v okolí mesta.

Keď teplý vzduch stúpa alebo je na atmosférických frontoch vytláčaný studeným vzduchom. Atmosférická konvekcia na atmosferických frontoch je oveľa intenzívnejšia a častejšia ako pri intramasovej konvekcii. Často sa súčasne s oblakmi nimbostratus a rozsiahlymi zrážkami rozvinie frontálna konvekcia, ktorá maskuje vznikajúce oblaky typu cumulonimbus.

Keď vzduch stúpa v oblastiach pohorí. Aj malé prevýšenia v teréne vedú k zvýšenej tvorbe oblačnosti (v dôsledku nútenej konvekcie). Vysoké hory vytvárajú obzvlášť ťažké podmienky pre rozvoj konvekcie a takmer vždy zvyšujú jej frekvenciu a intenzitu.

Všetky búrkové oblaky, bez ohľadu na ich typ, postupne prechádzajú štádiami kupovitého oblaku, štádiom zrelého búrkového oblaku a štádiom rozpadu.

Klasifikácia Thundercloud

Kedysi boli búrky klasifikované podľa toho, kde boli pozorované, ako napríklad lokalizované, frontálne alebo orografické. Teraz je bežnejšie klasifikovať búrky podľa charakteristík samotných búrok a tieto charakteristiky závisia najmä od meteorologického prostredia, v ktorom sa búrka vyvíja.

Hlavnou nevyhnutnou podmienkou pre vznik búrkových oblakov je stav nestability atmosféry, ktorá tvorí stúpavé prúdy. V závislosti od veľkosti a sily takýchto prúdov sa vytvárajú búrkové oblaky rôznych typov.

jednobunkový oblak

Jednobunkové oblaky cumulonimbus sa vyvíjajú v dňoch so slabým vetrom v barickom poli s nízkym gradientom. Sú tiež tzv intramass alebo miestne búrky. Pozostávajú z konvekčnej bunky s prúdením nahor v jej centrálnej časti. Môžu dosiahnuť intenzitu blesku a krupobitia a rýchlo sa zrútia so zrážkami. Rozmery takéhoto oblaku sú: priečny - 5-20 km, vertikálny - 8-12 km, dĺžka života - asi 30 minút, niekedy - až 1 hodina. Vážne zmeny počasia po búrke sa nevyskytujú.

Životný cyklus jednobunkového oblaku

Búrka sa začína pekným kopovitým oblakom (Cumulus humilis). Vzniknutá kupovitá oblačnosť za priaznivých podmienok rýchlo rastie vo vertikálnom aj horizontálnom smere, pričom vzostupné prúdenie sa nachádza takmer v celom objeme oblaku a zvyšuje sa od 5 m/s do 15-20 m/s. Dolné prúdy sú veľmi slabé. Okolitý vzduch aktívne preniká do oblaku v dôsledku miešania na hranici a vrchu oblaku. Oblak prechádza do štádia Cumulus mediocris. Najmenšie kvapky vody vzniknuté v dôsledku kondenzácie v takomto oblaku sa spájajú do väčších, ktoré sú unášané silnými vzostupnými prúdmi. Oblak je stále homogénny, pozostáva z vodných kvapiek zadržiavaných vzostupným prúdením – zrážky neklesajú. V hornej časti oblaku, keď sa častice vody dostanú do zóny negatívnych teplôt, sa kvapky postupne začnú meniť na ľadové kryštály. Z oblaku sa stáva mohutný kupovitý oblak (Cumulus congestus). Zmiešané zloženie oblačnosti vedie k zväčšovaniu prvkov oblačnosti a vytváraniu podmienok pre zrážky. Takýto oblak sa nazýva kumulonimbus (Cumulonimbus) alebo lysý kumulonimbus (Cumulonimbus calvus). Vertikálne toky v ňom dosahujú 25 m/s a úroveň vrcholu dosahuje výšku 7–8 km.

Vyparujúce sa častice zrážok ochladzujú okolitý vzduch, čo vedie k ďalšiemu zvýšeniu zostupných prúdov. V štádiu zrelosti sú v oblaku súčasne vzostupné aj zostupné prúdenie vzduchu.

V štádiu rozpadu prevládajú v oblaku zostupné prúdy, ktoré postupne pokrývajú celý oblak.

Viacbunkové zhlukové búrky

Schéma viacbunkovej búrkovej štruktúry

Ide o najbežnejší typ búrky spojenej s poruchami v mezoškále (s rozsahom 10 až 1000 km). Viacbunkový zhluk pozostáva zo skupiny búrkových buniek, ktoré sa pohybujú ako jednotka, hoci každá bunka v zhluku je v inom štádiu vývoja búrkového mraku. Zrelé búrkové bunky sa zvyčajne nachádzajú v centrálnej časti zhluku, zatiaľ čo rozkladné bunky sa nachádzajú na záveternej strane zhluku. Majú priečne rozmery 20-40 km, ich vrcholy často stúpajú do tropopauzy a prenikajú do stratosféry. Viacbunkové zhlukové búrky môžu spôsobiť krupobitie, prehánky a relatívne slabé búrky. Každá jednotlivá bunka vo viacbunkovom zhluku je v zrelom stave približne 20 minút; samotný multibunkový klaster môže existovať niekoľko hodín. Tento typ búrky je zvyčajne intenzívnejší ako jednobunková búrka, ale oveľa slabšia ako superbunková búrka.

Viacbunkové búrky (squall lines)

Viacbunkové búrky sú radom búrok s dlhou, dobre vyvinutou prednou líniou poryvov. Čiara vlnenia môže byť súvislá alebo môže obsahovať medzery. Približujúca sa mnohobunková línia vyzerá ako tmavá stena mrakov, zvyčajne pokrývajúca horizont zo západnej strany (na severnej pologuli). Veľký počet blízko seba umiestnených vzostupných/zostupných vzdušných prúdov umožňuje kvalifikovať tento komplex búrok ako viacbunkovú búrku, hoci jej búrková štruktúra sa výrazne líši od viacbunkovej zhlukovej búrky. Squall lines môžu produkovať veľké krupobitie a intenzívne lejaky, ale sú bežnejšie známe ako systémy, ktoré vytvárajú silné klesajúce prúdy. Squall line má podobné vlastnosti ako studený front, ale je lokálnym výsledkom búrkovej aktivity. Pred studeným frontom sa často vyskytuje vlnová línia. Na radarových snímkach tento systém pripomína zakrivený luk (bow echo). Tento jav je typický pre Severnú Ameriku, v Európe a na európskom území Ruska sa pozoruje menej často.

Supercelárne búrky

Vertikálna a horizontálna štruktúra supercelárneho oblaku

Supercela je najviac organizovaný búrkový mrak. Supercelárne oblaky sú pomerne zriedkavé, no predstavujú najväčšiu hrozbu pre ľudské zdravie, životy a majetok. Supercelkový oblak je podobný jednobunkovému oblaku v tom, že oba majú rovnakú zónu vzostupného prúdu. Rozdiel je v tom, že veľkosť bunky je obrovská: priemer asi 50 km, výška 10-15 km (horná hranica často preniká do stratosféry) s jednou polkruhovou nákovou. Rýchlosť vzostupného prúdenia v supercelárnom oblaku je oveľa vyššia ako v iných typoch búrkových oblakov: až 40–60 m/s. Hlavnou črtou, ktorá odlišuje supercelárny oblak od iných typov oblakov, je prítomnosť rotácie. Rotujúci vzostupný prúd v supercelkovom oblaku (nazývaný v radarovej terminológii) mezocyklóna), vytvára extrémne poveternostné javy, ako je napríklad gigant krupobitie(priemer viac ako 5 cm), silný vietor do 40 m/s a silné ničivé tornáda. Hlavným faktorom pri tvorbe supercelárneho oblaku sú podmienky prostredia. Je potrebná veľmi silná konvekčná nestabilita vzduchu. Teplota vzduchu pri zemi (pred búrkou) by mala byť +27 ... +30 a vyššia, ale hlavnou nevyhnutnou podmienkou je vietor premenlivého smeru, ktorý spôsobuje rotáciu. Takéto podmienky sa dosahujú strihom vetra v strednej troposfére. Zrážky vznikajúce vo vzostupnom prúde sú unášané pozdĺž hornej úrovne oblaku silným prúdením do zóny zostupného prúdenia. Priestorovo sú teda oddelené zóny stúpavého a klesajúceho prúdenia, čo zabezpečuje životnosť oblaku na dlhú dobu. Na prednej hrane supercelárneho oblaku je zvyčajne slabý dážď. Výdatné zrážky sa vyskytujú v blízkosti pásma vzostupného prúdu, zatiaľ čo najsilnejšie zrážky a veľké krúpy spadajú na severovýchod od hlavného pásma vzostupného prúdu. Najnebezpečnejšie podmienky sa vyskytujú v blízkosti hlavnej oblasti vzostupného prúdu (zvyčajne premiestnenej do zadnej časti búrky).

Supercell (Angličtina) Super a bunka- bunka) - typ búrky, ktorý sa vyznačuje prítomnosťou mezocyklónu - hlbokého, silne rotujúceho vzostupného prúdu. Z tohto dôvodu sa takéto búrky niekedy nazývajú rotujúce búrky. Zo štyroch typov búrok podľa západných klasifikácií (superbunkové, squalline, multicell a singlecell) sú supercely najmenej bežné a môžu predstavovať najväčšie nebezpečenstvo. Supercely sú často izolované od ostatných búrok a môžu mať rozpätie prednej časti až 32 kilometrov.

Supercell pri západe slnka

Supersells sú často rozdelené do troch typov: klasické; nízke zrážky (LP); a vysoké zrážky (HP). Supercely typu LP majú tendenciu sa tvoriť v suchších klimatických podmienkach, ako sú horské údolia Spojených štátov, zatiaľ čo supercely typu HP sú bežnejšie vo vlhkom podnebí. Supercely sa môžu vyskytnúť kdekoľvek na svete, ak sú vhodné poveternostné podmienky, aby sa vytvorili, ale najčastejšie sa vyskytujú na Veľkých pláňach USA, v oblasti známej ako údolie tornád. Možno ich pozorovať aj na rovinách v Argentíne, Uruguaji a južnej Brazílii.

Fyzikálne vlastnosti búrkových oblakov

Vzdušné a radarové štúdie ukazujú, že jedna bunka búrky zvyčajne dosiahne výšku asi 8-10 km a žije asi 30 minút. Izolovaná búrka sa zvyčajne skladá z niekoľkých buniek v rôznom štádiu vývoja a trvá rádovo hodinu. Veľké búrky môžu dosahovať v priemere desiatky kilometrov, ich vrchol môže dosiahnuť výšku viac ako 18 km a môžu trvať mnoho hodín.

Proti prúdu a po prúde

Vzostupné a zostupné prúdy v ojedinelých búrkach majú zvyčajne priemer 0,5 až 2,5 km a výšku 3 až 8 km. Priemer stúpavého prúdu môže niekedy dosiahnuť 4 km. V blízkosti zemského povrchu sa prúdy zvyčajne zväčšujú v priemere a rýchlosť v nich klesá v porovnaní s prúdmi umiestnenými vyššie. Charakteristická rýchlosť stúpavého prúdu leží v rozmedzí od 5 do 10 m/s a v hornej časti veľkých búrok dosahuje 20 m/s. Výskumné lietadlá letiace cez búrkový mrak vo výške 10 000 m zaznamenávajú rýchlosť stúpavého prúdu presahujúcu 30 m/s. Najsilnejšie stúpavé prúdy sú pozorované pri organizovaných búrkach.

Návaly

Pred hrou v auguste 2010 v Gatchine

V niektorých búrkach sa vyvíjajú intenzívne prúdy, ktoré vytvárajú ničivé vetry na povrchu zeme. V závislosti od veľkosti sa takéto downstreamy nazývajú návaly alebo mikrobúrky. Víchrica s priemerom viac ako 4 km môže vytvoriť vietor s rýchlosťou až 60 m/s. Mikrovrie sú menšie, ale vytvárajú rýchlosť vetra až 75 m/s. Ak je búrka, ktorá generuje búrku, vytvorená z dostatočne teplého a vlhkého vzduchu, potom bude mikrobúrka sprevádzaná intenzívnymi dažďovými prehánkami. Ak sa však búrka vytvorí zo suchého vzduchu, zrážky sa môžu počas jesene vypariť (vzdušné zrážkové pásy alebo virga) a mikrovrie bude suché. Dolné prúdy predstavujú vážne nebezpečenstvo pre lietadlá, najmä počas vzletu alebo pristátia, pretože vytvárajú vietor pri zemi s náhlymi zmenami rýchlosti a smeru.

Vertikálny vývoj

Vo všeobecnosti bude aktívny konvekčný oblak stúpať, až kým nestratí svoj vztlak. K strate vztlaku dochádza v dôsledku zaťaženia vytváraného zrážkami vznikajúcimi v zamračenom prostredí, alebo zmiešaním s okolitým suchým studeným vzduchom, alebo kombináciou týchto dvoch procesov. Rast oblačnosti môže zastaviť aj blokujúca inverzná vrstva, teda vrstva, kde teplota vzduchu stúpa s výškou. Oblaky zvyčajne dosahujú výšku okolo 10 km, niekedy však dosahujú výšky aj viac ako 20 km. Keď je obsah vlhkosti a nestabilita atmosféry vysoká, potom pri priaznivých vetroch môže oblak prerásť do tropopauzy, vrstvy, ktorá oddeľuje troposféru od stratosféry. Tropauza je charakterizovaná teplotou, ktorá zostáva približne konštantná so zvyšujúcou sa nadmorskou výškou a je známa ako oblasť vysokej stability. Akonáhle sa stúpavý prúd začne približovať k stratosfére, vzduch v hornej časti oblaku sa čoskoro stane chladnejším a ťažším ako okolitý vzduch a rast vrcholu sa zastaví. Výška tropopauzy závisí od zemepisnej šírky oblasti a od ročného obdobia. Pohybuje sa od 8 km v polárnych oblastiach do 18 km a vyššie v blízkosti rovníka.

Keď kupovitý oblak dosiahne blokujúcu vrstvu inverzie tropopauzy, začne sa šíriť smerom von a vytvorí „nákovu“ charakteristickú pre búrkové mraky. Vietor fúkajúci vo výške nákovy zvyčajne fúka oblakový materiál v smere vetra.

Turbulencie

Lietadlo letiace cez búrkový mrak (je zakázané lietať do oblakov cumulonimbus) sa väčšinou pod vplyvom turbulentného prúdenia oblakov dostane do turbulencie, ktorá lietadlo hádže hore, dole a do strán. Atmosférická turbulencia vytvára pre posádku lietadla a cestujúcich pocit nepohodlia a spôsobuje nežiaduce namáhanie lietadla. Turbulencia sa meria v rôznych jednotkách, ale častejšie je definovaná v jednotkách g - zrýchlenie voľného pádu (1g = 9,8 m/s 2). Nával jedného g vytvára turbulencie, ktoré sú nebezpečné pre lietadlá. V hornej časti intenzívnych búrok boli zaznamenané vertikálne zrýchlenia do troch g.

Búrkový pohyb

Rýchlosť a pohyb búrkového oblaku závisí od smeru zeme, predovšetkým interakciou vzostupného a zostupného prúdenia oblaku s nosnými prúdmi vzduchu v stredných vrstvách atmosféry, v ktorých vzniká búrka. Rýchlosť pohybu izolovanej búrky je zvyčajne rádovo 20 km/h, ale niektoré búrky sa pohybujú oveľa rýchlejšie. V extrémnych situáciách sa môže búrkový mrak pri prechode aktívnych studených frontov pohybovať rýchlosťou 65–80 km/h. Vo väčšine búrok, keď sa staré búrkové bunky rozptýlia, postupne sa objavia nové búrkové bunky. Pri slabom vetre môže jednotlivá bunka počas svojho života prejsť veľmi krátku vzdialenosť, menej ako dva kilometre; pri väčších búrkach sa však nové bunky spúšťajú prúdením prúdenia vzduchu zo zrelej bunky, čo vyvoláva dojem rýchleho pohybu, ktorý nie vždy zodpovedá smeru vetra. Pri veľkých viacbunkových búrkach existuje vzor, ​​keď sa nová bunka vytvorí napravo od nosného prúdu vzduchu na severnej pologuli a naľavo od nosného prúdu vzduchu na južnej pologuli.

energie

Energia, ktorá poháňa búrku, je latentné teplo uvoľnené, keď vodná para kondenzuje a vytvára kvapôčky oblakov. Na každý gram vody, ktorá kondenzuje v atmosfére, sa uvoľní približne 600 kalórií tepla. Keď kvapky vody zamrznú v hornej časti oblaku, uvoľní sa asi 80 ďalších kalórií na gram. Uvoľnená latentná tepelná energia sa čiastočne premieňa na kinetickú energiu prúdenia smerom nahor. Hrubý odhad celkovej energie búrky možno urobiť z celkového množstva vody, ktorá sa vyzrážala z oblaku. Typická je energia rádovo 100 miliónov kilowatthodín, čo je zhruba ekvivalent jadrovej nálože 20 kiloton (aj keď táto energia sa uvoľňuje v oveľa väčšom objeme priestoru a za oveľa dlhší čas). Veľké viacbunkové búrky môžu mať 10 až 100-krát viac energie.

Downdrafts a squall fronts

Silná búrka vpredu

Dolné prúdy v búrkach sa vyskytujú vo výškach, kde je teplota vzduchu nižšia ako teplota v okolitom priestore, a tento prúd sa ešte viac ochladí, keď sa v ňom začnú topiť ľadové častice zrážok a vyparovať sa kvapky mrakov. Vzduch v zostupnom prúde je nielen hustejší ako okolitý vzduch, ale nesie aj iný horizontálny moment hybnosti ako okolitý vzduch. Ak dôjde k zostupnému prúdeniu napríklad vo výške 10 km, potom dosiahne zemský povrch horizontálnou rýchlosťou, ktorá je výrazne väčšia ako rýchlosť vetra pri zemi. Pri zemi sa tento vzduch pred búrkou unáša rýchlosťou väčšou ako rýchlosť celého oblaku. To je dôvod, prečo pozorovateľ na zemi pocíti blížiaci sa búrku pozdĺž prúdu studeného vzduchu ešte predtým, ako bude nad hlavou búrkový mrak. Dolný prúd šíriaci sa pri zemi tvorí zónu s hĺbkou 500 metrov až 2 km s výrazným rozdielom medzi studeným vzduchom potoka a teplým vlhkým vzduchom, z ktorého sa búrka tvorí. Prechod takéhoto náporového frontu sa dá ľahko určiť podľa zosilnenia vetra a prudkého poklesu teploty. Za päť minút môže teplota vzduchu klesnúť o 5 °C alebo viac. Víchrica tvorí charakteristickú vrátnicu s vodorovnou osou, prudkým poklesom teploty a zmenou smeru vetra.

V extrémnych prípadoch môže nápor spôsobený zostupným prúdom dosiahnuť rýchlosť až 50 m/s a spôsobiť škody na domoch a úrode. Častejšie sa silné búrky vyskytujú, keď sa v podmienkach silného vetra v stredných nadmorských výškach vytvorí organizovaná línia búrok. Ľudia si zároveň môžu myslieť, že tieto ničenia spôsobuje tornádo. Ak neexistujú žiadni svedkovia, ktorí videli charakteristický lievikovitý oblak tornáda, potom príčinu ničenia možno určiť podľa povahy ničenia spôsobeného vetrom. V tornádach má ničenie kruhový vzor a búrka spôsobená klesajúcim prúdom nesie ničenie hlavne v jednom smere. Po chladnom počasí zvyčajne nasleduje dážď. V niektorých prípadoch sa dažďové kvapky počas jesene úplne odparia, čo vedie k suchej búrke. V opačnej situácii, typickej pre silné viacbunkové a superbunkové búrky, sú silné dažde s krúpami, ktoré spôsobujú bleskové povodne.

Tornáda

Tornádo je silný malý vír pod mrakmi s približne zvislou, ale často zakrivenou osou. Od periférie do stredu tornáda je pozorovaný tlakový rozdiel 100–200 hPa. Rýchlosť vetra v tornádach môže presiahnuť 100 m/s, teoreticky môže dosiahnuť rýchlosť zvuku. V Rusku sa tornáda vyskytujú pomerne zriedkavo, ale spôsobujú obrovské škody. Najvyššia frekvencia tornád sa vyskytuje na juhu európskej časti Ruska.

Livni

Pri malých búrkach môže päťminútový vrchol intenzívnych zrážok presiahnuť 120 mm/h, zvyšok dažďa má však rádovo nižšiu intenzitu. Priemerná búrka vyprodukuje asi 2000 kubických metrov dažďa, ale veľká búrka môže vyprodukovať desaťkrát viac. Veľké organizované búrky spojené s konvekčnými systémami v mezomeradle môžu vyprodukovať 10 až 1000 miliónov kubických metrov zrážok.

Elektrická štruktúra búrkového oblaku

Štruktúra nábojov v búrkových oblakoch v rôznych oblastiach

Rozloženie a pohyb elektrických nábojov v búrkovom oblaku a okolo neho je zložitý, neustále sa meniaci proces. Napriek tomu je možné predložiť zovšeobecnený obraz o distribúcii elektrických nábojov v štádiu zrelosti oblakov. Dominuje kladná dipólová štruktúra, v ktorej je kladný náboj v hornej časti oblaku a záporný náboj je pod ním vo vnútri oblaku. Na základni oblaku a pod ňou je pozorovaný nižší kladný náboj. Atmosférické ióny, pohybujúce sa pôsobením elektrického poľa, vytvárajú na hraniciach oblakov ochranné vrstvy, ktoré maskujú elektrickú štruktúru oblaku pred vonkajším pozorovateľom. Merania ukazujú, že v rôznych geografických podmienkach sa hlavný záporný náboj búrkového mraku nachádza vo výškach s okolitou teplotou -5 až -17 °C. Čím väčšia je rýchlosť vzostupného prúdu v oblaku, tým vyššie je centrum záporného náboja. Hustota vesmírneho náboja je v rozsahu 1-10 C/km³. Existuje významný podiel búrok s inverznou štruktúrou náboja: - záporný náboj v hornej časti oblaku a kladný náboj vo vnútornej časti oblaku, ako aj zložitá štruktúra so štyrmi alebo viacerými zónami priestoru náboje rôznej polarity.

elektrifikačný mechanizmus

Bolo navrhnutých mnoho mechanizmov na vysvetlenie vzniku elektrickej štruktúry búrkového mraku a táto oblasť vedy je stále oblasťou aktívneho výskumu. Hlavná hypotéza je založená na skutočnosti, že ak väčšie a ťažšie častice oblakov sú prevažne negatívne nabité a ľahšie malé častice nesú kladný náboj, potom dochádza k priestorovej separácii vesmírnych nábojov v dôsledku skutočnosti, že veľké častice padajú vyššou rýchlosťou ako malé cloudové komponenty. Tento mechanizmus je vo všeobecnosti v súlade s laboratórnymi experimentmi, ktoré ukazujú silný prenos náboja, keď častice ľadových peliet (zrná sú porézne častice zamrznutých kvapiek vody) alebo častice krúp interagujú s ľadovými kryštálmi v prítomnosti podchladených kvapiek vody. Znak a veľkosť náboja prenášaného pri kontaktoch závisí od teploty okolitého vzduchu a obsahu vody v oblaku, ale aj od veľkosti ľadových kryštálikov, rýchlosti kolízie a ďalších faktorov. Možné je aj pôsobenie iných mechanizmov elektrifikácie. Keď sa veľkosť objemového elektrického náboja nahromadeného v oblaku dostatočne zväčší, medzi oblasťami nabitými opačným znamienkom dôjde k výboju blesku. Výboj môže nastať aj medzi oblakom a zemou, oblakom a neutrálnou atmosférou, oblakom a ionosférou. Pri typickej búrke tvoria dve tretiny až 100 percent výbojov vnútromrakové výboje, medzioblakové výboje alebo výboje z oblakov do vzduchu. Zvyšok sú výboje z oblakov do zeme. V posledných rokoch sa ukázalo, že blesky môžu byť umelo iniciované v oblaku, ktorý za normálnych podmienok neprechádza do štádia búrky. V oblakoch, ktoré majú elektrifikačné zóny a vytvárajú elektrické polia, môžu byť blesky iniciované horami, výškovými budovami, lietadlami alebo raketami, ktoré sú v zóne silných elektrických polí.

Zarnitsa - okamžité záblesky svetla na obzore počas vzdialenej búrky.

Počas blýskania nie je počuť hromy kvôli vzdialenosti, ale môžete vidieť záblesky bleskov, ktorých svetlo sa odráža od oblakov cumulonimbus (hlavne ich vrcholov). Úkaz pozorujeme v tme hlavne po 5. júli, v čase zberu obilia, preto si blesky ľudia načasovali na koniec leta, začiatok žatvy, niekedy sa mu hovorí pekári.

snehová búrka

Schéma vzniku snehovej búrky

Snehová búrka (tiež snehová búrka) je búrka, veľmi zriedkavý meteorologický jav, ktorý sa vo svete vyskytuje 5-6 krát do roka. Namiesto výdatných zrážok padá hustý sneh, mrznúci dážď alebo ľadové guľôčky. Termín sa používa najmä v populárno-vedeckej a zahraničnej literatúre (angl. búrkový sneh). V profesionálnej ruskej meteorológii tento termín neexistuje: v takýchto prípadoch je búrka aj husté sneženie.

Prípady zimných búrok sú zaznamenané v starých ruských kronikách: búrky v zime v roku 1383 (bolo „veľmi hrozné hromy a víchrica je silná“), v roku 1396 (v Moskve 25. oblak z poludňajšej krajiny”), v roku 1447 (v Novgorode 13. novembra „...o polnoci strašné hromy a blesky sú veľké“), v roku 1491 (v Pskove 2. januára počuli hromy).

Kvôli úplnej nepredvídateľnosti a obrovskej sile blesk(výboje blesku), predstavujú potenciálne nebezpečenstvo pre mnohé energetické zariadenia. Moderná veda nazhromaždila veľké množstvo teoretických informácií a praktických údajov o Ochrana pred bleskom a bleskovej činnosti, čo umožňuje riešiť vážne problémy súvisiace s bleskozvodom priemyselnej a občianskej energetickej infraštruktúry. Tento článok pojednáva o fyzickom charakter búrok a správanie blesku, ktorého znalosť bude užitočná na zabezpečenie účinnej ochrany pred bleskom a vytvorenie integrovaného systému uzemnenia elektrických rozvodní.

Prírodné blesky a búrkové mraky

V teplom období v stredných zemepisných šírkach, pri pohybe cyklónu, s dostatočnou vlhkosťou a silnými stúpavými prúdmi vzduchu, často dochádza k výbojom blesku (blesk). Príčina tohto prírodného javu spočíva v obrovskej koncentrácii atmosférickej elektriny (nabitých častíc) v búrkových oblakoch, v ktorých sa v prítomnosti stúpajúcich prúdov oddeľujú záporné a kladné náboje s nahromadením nabitých častíc v rôznych častiach oblaku. V súčasnosti existuje niekoľko teórií týkajúcich sa atmosférickej elektriny a elektrifikácie búrkových mrakov, ako najdôležitejších faktorov, ktoré majú priamy vplyv na návrh a vytvorenie integrovanej ochrany pred bleskom a uzemnenia energetických zariadení.

Podľa moderných koncepcií je vznik nabitých častíc v oblakoch spojený s prítomnosťou elektrického poľa v blízkosti Zeme, ktoré má záporný náboj. V blízkosti povrchu planéty je intenzita elektrického poľa 100 V/m. Táto hodnota je takmer všade rovnaká, nezávisí od času a miesta meraní. Elektrické pole Zeme je spôsobené prítomnosťou voľných nabitých častíc v atmosférickom vzduchu, ktoré sú v neustálom pohybe.

Napríklad v 1 cm3 vzduchu je viac ako 600 kladne nabitých častíc a rovnaký počet záporne nabitých častíc. So vzdialenosťou od zemského povrchu vo vzduchu sa hustota častíc s nábojom prudko zvyšuje. Pri zemi je elektrická vodivosť vzduchu zanedbateľná, ale už vo výškach nad 80 km sa elektrická vodivosť zvyšuje 3 000 000 000 (!) a rovná sa vodivosti sladkej vody. Ak nakreslíme analógie, potom v prvom priblížení možno našu planétu porovnať s obrovským kondenzátorom vo forme gule.

V tomto prípade sa za dosky berie povrch Zeme a vzduchová vrstva sústredená vo výške osemdesiat kilometrov nad zemským povrchom. Časť atmosféry s hrúbkou 80 km, ktorá má nízku elektrickú vodivosť, pôsobí ako izolant. Medzi doskami virtuálneho kondenzátora vzniká napätie až 200 kV a prúdová sila môže byť až 1 400 A. Takýto kondenzátor má neskutočný výkon - asi 300 000 kW (!). V elektrickom poli planéty vo výške 1 až 8 kilometrov od zemského povrchu kondenzujú nabité častice a vznikajú búrky, ktoré zhoršujú elektromagnetické prostredie a sú zdrojom impulzného šumu v energetických systémoch.

Búrkové javy sa delia na frontálne a termálne búrky. Na obr. 1 je znázornený diagram výskytu termálnej búrky. V dôsledku intenzívneho pôsobenia slnečného žiarenia sa zemský povrch ohrieva. Časť tepelnej energie prechádza do atmosféry a ohrieva jej spodné vrstvy. Masy teplého vzduchu sa rozširujú a stúpajú vyššie. Už v nadmorskej výške dvoch kilometrov sa dostávajú do oblasti nízkych teplôt, kde dochádza ku kondenzácii vlhkosti a tvoria sa búrky. Tieto oblaky sú tvorené mikroskopickými kvapôčkami vody, ktoré nesú náboj. Spravidla sa búrkové mraky tvoria v horúcich letných dňoch popoludní a sú relatívne malé.

Frontálne búrky vznikajú pri zrážke dvoch prúdov vzduchu s rôznou teplotou do ich čelných častí. Prúdenie vzduchu s nízkou teplotou klesá, bližšie k zemi, a teplé vzduchové hmoty sa rútia nahor (obr. 2). Búrkové mraky sa tvoria vo výškach s nízkymi teplotami, kde kondenzuje vlhký vzduch. Frontálne búrky môžu mať pomerne veľký rozsah a pokryť značnú oblasť.

Súčasne je elektromagnetické prostredie pozadia výrazne skreslené, čo vyvoláva impulzný šum v elektrických sieťach. Takéto fronty sa pohybujú rýchlosťou 5 až 150 km/h a viac. Na rozdiel od termálnych búrok sú čelné búrky aktívne takmer 24 hodín denne a predstavujú vážne nebezpečenstvo pre priemyselné zariadenia, ktoré nie sú vybavené systémom ochrany pred bleskom a účinným uzemnením. Pri kondenzácii v elektrickom poli studeného vzduchu vznikajú polarizované vodné kvapky (obr. 3): v spodnej časti kvapiek je kladný náboj, v hornej záporný náboj.

V dôsledku stúpajúcich prúdov vzduchu dochádza k oddeľovaniu kvapiek vody: menšie stúpajú a veľké klesajú. Keď sa kvapka pohybuje nahor, záporne nabitá časť kvapky priťahuje kladné náboje a odpudzuje záporné. V dôsledku toho sa kvapka stáva kladne nabitá. postupne zbiera kladný náboj. Kvapky, ktoré padajú dole, priťahujú záporný náboj a pri páde sa nabíjajú záporne.

Štiepenie nabitých častíc v búrkovom oblaku prebieha podobne: kladne nabité častice sa hromadia v hornej vrstve a záporne nabité častice sa hromadia v spodnej vrstve. Hromový mrak prakticky nie je vodič, a preto sú náboje na nejaký čas zachované. Ak silnejšie elektrické pole oblaku bude mať vplyv na elektrické pole "jasného počasia", potom zmení svoj smer v mieste (obr. 4).

Rozloženie nabitých častíc v hmote oblaku je extrémne nerovnomerné:
v niektorých bodoch má hustota maximálnu hodnotu a v iných - malú hodnotu. V mieste akumulácie veľkého množstva nábojov sa vytvára silné elektrické pole s kritickou silou rádovo 25-30 kV / cm, vznikajú vhodné podmienky pre vznik bleskov. Blesk je ako iskra pozorovaná v medzere medzi elektródami, ktoré dobre vedú elektrinu.

Ionizácia atmosférického vzduchu

Atmosférický vzduch pozostáva zo zmesi plynov: dusíka, kyslíka, inertných plynov a vodnej pary. Atómy týchto plynov sa spájajú do silných a stabilných väzieb a vytvárajú molekuly. Každý atóm je jadrom protónov s kladným nábojom. Elektróny so záporným nábojom ("elektrónový oblak") obiehajú okolo jadra.

Z kvantitatívneho hľadiska sú náboj jadra a celkový náboj elektrónov navzájom rovnaké. Počas ionizácie elektróny opúšťajú atóm (molekulu). V procese ionizácie atmosféry vznikajú 2 nabité častice: kladný ión (jadro s elektrónmi) a záporný ión (voľný elektrón). Ako mnohé fyzikálne javy, aj ionizácia vyžaduje určité množstvo energie, nazývanej energia ionizácie vzduchu.

Keď vo vzduchovej vrstve tvorenej 2 vodivými elektródami vznikne dostatočné napätie, potom sa všetky voľné nabité častice pod vplyvom intenzity elektrického poľa začnú pohybovať usporiadaným spôsobom. Hmotnosť elektrónu je mnohonásobne (10 000 ... 100 000 krát) menšia ako hmotnosť jadra. Výsledkom je, že keď sa voľný elektrón pohybuje v elektrickom poli vzduchovej vrstvy, rýchlosť tejto nabitej častice je oveľa väčšia ako rýchlosť jadra. Elektrón, ktorý má významnú hybnosť, ľahko oddeľuje nové elektróny od molekúl, čím sa ionizácia stáva intenzívnejšou. Tento jav sa nazýva nárazová ionizácia (obr. 5).

Nie pri každej zrážke sa však elektrón od molekuly oddelí. V niektorých prípadoch sa elektróny pohybujú na nestabilné dráhy ďaleko od jadra. Takéto elektróny prijmú časť energie zo zrážajúceho sa elektrónu, čo vedie k excitácii molekuly (obr. 6.).

Doba „života“ excitovanej molekuly je len 10-10 sekúnd, po ktorých sa elektrón vráti na svoju bývalú, energeticky stabilnejšiu dráhu.

Keď sa elektrón vráti na stabilnú dráhu, excitovaná molekula vyžaruje fotón. Fotón zase za určitých podmienok môže ionizovať iné molekuly. Tento proces sa nazýva fotoionizácia (obr. 7). Existujú aj iné zdroje fotoionizácie: vysokoenergetické kozmické žiarenie, vlny ultrafialového svetla, rádioaktívne žiarenie atď. (obr. 8).

Ionizácia molekúl vzduchu sa spravidla vyskytuje pri vysokých teplotách. Keď teplota stúpa, molekuly vzduchu a voľné elektróny zapojené do tepelného (chaotického) pohybu získavajú vyššiu energiu a častejšie sa navzájom zrážajú. Výsledkom takýchto zrážok je ionizácia vzduchu, nazývaná tepelná ionizácia. Môžu však nastať aj reverzné procesy, kedy nabité častice neutralizujú svoje vlastné náboje (rekombinácia). V procese rekombinácie je zaznamenaná intenzívna emisia fotónov.

Tvorba streamerov a korónový výboj

Keď sa intenzita elektrického poľa zvýši na kritické hodnoty vo vzduchovej medzere medzi nabitými platňami, môže dôjsť k nárazovej ionizácii, ktorá je častou príčinou vysokofrekvenčného impulzného šumu. Jeho podstata je nasledovná: po ionizácii elektrónom jednej molekuly sa objavia dva voľné elektróny a jeden kladný ión. Následné zrážky vedú k objaveniu sa 4 voľných elektrónov a 3 iónov s kladným nábojom.

Ionizácia tak nadobúda lavínovitý charakter, ktorý je sprevádzaný tvorbou obrovského množstva voľných elektrónov a kladných iónov (obr. 9 a 10). Kladné ióny sa hromadia v blízkosti zápornej elektródy a záporne nabité elektróny sa pohybujú ku kladnej elektróde.

V procese ionizácie získavajú voľné elektróny väčšiu pohyblivosť ako ióny, takže tieto môžu byť podmienene považované za nehybné častice. Keď elektróny prechádzajú ku kladnej elektróde, zostávajúce kladné náboje majú silný vplyv na stav elektrického poľa, čo vedie k zvýšeniu jeho sily. Veľké množstvo fotónov urýchľuje ionizáciu vzduchu v blízkosti anódy a prispieva k vzniku sekundárnych elektrónov (obr. 11), ktoré sú zdrojom opakovaných lavín (obr. 12).

Výsledné sekundárne lavíny sa pohybujú smerom k anóde, kde sa koncentruje kladný náboj. Voľné elektróny prenikajú cez kladný priestorový náboj, čo vedie k vytvoreniu pomerne úzkeho kanála (streamera), v ktorom sa nachádza plazma. Streamer vďaka výbornej vodivosti „predĺži“ anódu, pričom sa urýchľuje proces tvorby lavín voľných elektrónov a dochádza k ďalšiemu zvyšovaniu intenzity elektrického poľa (obr. 13 a 14), smerom k hlave streamer. Ďalšie elektróny sa zmiešajú s kladnými iónmi, čo opäť vedie k vytvoreniu plazmy, vďaka čomu sa streamerový kanál predlžuje.

Ryža. 13. Zvýšenie intenzity elektrického poľa je sprevádzané zvýšením fotoionizácie a vytvára nové lavíny nabitých častíc

Po vyplnení voľnej medzery streamerom nastáva iskrový stupeň výboja (obr. 15), ktorý sa vyznačuje supervýkonnou tepelnou ionizáciou priestoru a ultravodivosťou plazmového kanála.

Opísaný proces tvorby streamerov platí pre malé medzery charakterizované rovnomerným elektrickým poľom. Podľa tvaru sa však všetky elektrické polia delia na homogénne, mierne nehomogénne a ostro nehomogénne:

• V rámci rovnomerného elektrického poľa je intenzita pozdĺž siločiar charakterizovaná konštantnou hodnotou. Napríklad elektrické pole v strednej časti kondenzátora plochého typu.
• V slabo nehomogénnom poli sa hodnoty intenzity merané pozdĺž siločiar líšia nie viac ako 2 ... 3 krát; takéto pole sa považuje za slabo nehomogénne. Napríklad elektrické pole medzi 2 guľovými zvodičmi alebo elektrické pole, ktoré vzniká medzi plášťom tieneného kábla a jeho jadrom.
• Elektrické pole sa nazýva ostro nehomogénne, ak sa vyznačuje výraznými skokmi v sile, čo vedie k vážnemu zhoršeniu elektromagnetického prostredia. V priemyselných elektrických inštaláciách majú elektrické polia spravidla výrazne nehomogénny tvar, čo si vyžaduje kontrolu elektromagnetickej kompatibility zariadení.

V ostro nehomogénnom poli sa ionizačné procesy zhromažďujú v blízkosti kladnej alebo zápornej elektródy. Preto výboj nemôže dosiahnuť stupeň iskry a v tomto prípade je náboj vytvorený vo forme koróny ("korónový výboj"). Pri ďalšom zvyšovaní intenzity elektrického poľa sa vo vzduchovej medzere vytvárajú prúdy a dochádza k iskrovému výboju. Takže ak je dĺžka medzery jeden meter, potom k iskrovému výboju dôjde pri intenzite poľa asi 10 kV/cm.

Vedúca forma výboja blesku

Pri rozmeroch vzduchovej medzery niekoľko metrov nemajú vytvárané streamery dostatočnú vodivosť na vyvinutie plnohodnotného výboja. Pri pohybe streamera sa vytvorí výboj blesku, ktorý nadobudne vodcovú formu. Časť kanála, nazývaná vedúci, je vyplnená tepelne ionizovanými časticami. Vo vodiacom kanáli sa koncentruje značné množstvo nabitých častíc, ktorých hustota je oveľa vyššia ako priemer streamera. Táto vlastnosť poskytuje dobré podmienky pre formovanie streamera a jeho premenu na vodcu.

Ryža. Obr. 16. Proces pohybu streamera a vznik negatívneho vodcu (AB je počiatočná lavína; CD je vytvorený streamer).

Na obr. 16 je znázornená klasická schéma pre vznik negatívneho vodcu. Tok voľných elektrónov sa pohybuje od katódy k anóde. Vyšrafované kužele znázorňujú vytvorené elektrónové lavíny a trajektórie emitovaných fotónov sú znázornené ako vlnovky. V každej lavíne zrážky elektrónov ionizujú vzduch a vzniknuté fotóny ďalej ionizujú ďalšie molekuly vzduchu. Ionizácia nadobúda masívny charakter a početné lavíny sa spájajú do jedného kanála. Rýchlosť fotónov je 3*108 m/s a rýchlosť voľne sa pohybujúcich elektrónov v prednej časti lavíny je 1,5*105 m/s.

Vývoj streamera je rýchlejší ako postup lavíny elektrónov. Na obr. 16 ukazuje, že počas prechodu prvej lavínovej vzdialenosti AB sa na segmente CD vytvorí prúdnicový kanál s ultravodivosťou po celej dĺžke. Bežný streamer sa pohybuje priemernou rýchlosťou 106-107 m/s. Ak majú voľné elektróny dostatočne vysokú koncentráciu, dochádza v streamerovom kanáli k intenzívnej tepelnej ionizácii, čo vedie k vzniku vedúcej, lineárnej štruktúry s plazmovou zložkou.

Pri pohybe nadväzca sa v jeho koncovej časti tvoria nové strímre, ktoré neskôr prechádzajú aj do nadväzca. Na obr. Obrázok 17 ukazuje vývoj negatívneho vodiča vo vzduchovej medzere s nehomogénnym elektrickým poľom: vodič sa pohybuje pozdĺž kanála streamera (obr. 17a); po dokončení premeny streamerového kanála na vodca sa objavia nové lavíny.

Ryža. 17. Schéma formovania a rozvoja negatívneho lídra počas dlhého obdobia.

Vo vzduchovej medzere sa pohybujú elektrónové lavíny (obr. 17b) a vzniká nový streamer (obr. 17c). Streamery sa spravidla pohybujú po náhodných trajektóriách. Pri takejto tvorbe výboja blesku v rozšírených vzduchových medzerách, dokonca aj pri nízkej intenzite elektrického poľa (od 1 000 do 2 000 V/cm), vedúci rýchlo prejde značné vzdialenosti.

Keď zvodca dosiahne opačnú elektródu, končí sa zvodná fáza výboja blesku a začína sa fáza spätného (hlavného) výboja. V tomto prípade sa elektromagnetická vlna šíri zo zemského povrchu cez vodiaci kanál, vďaka čomu potenciál vodcu klesá na nulu. Medzi elektródami sa tak vytvorí supravodivý kanál, cez ktorý prechádza výboj blesku.

Etapy vývoja výboja blesku

Podmienky pre výskyt bleskov sú vytvorené v tej časti búrkového oblaku, kde akumulácia nabitých častíc a sila elektrického poľa dosiahli prahové hodnoty. V tomto bode sa vyvíja nárazová ionizácia a vytvárajú sa elektrónové lavíny, potom sa pod vplyvom foto- a tepelnej ionizácie objavujú streamery, ktoré sa menia na vodcov.

a - vizuálne zobrazenie; b - charakteristika prúdu.

Dĺžka blesku je od stoviek metrov a môže dosiahnuť až niekoľko kilometrov (priemerná dĺžka výboja blesku je 5 km). Vďaka vedúcemu typu vývoja je blesk schopný prekonať značné vzdialenosti za zlomok sekundy. Ľudské oko vidí blesk ako súvislú čiaru jedného alebo viacerých jasných pásov bielej, svetloružovej alebo jasne modrej. Výboj blesku je v skutočnosti niekoľko impulzov, ktoré zahŕňajú dve fázy: vodiacu fázu a fázu spätného výboja.

Na obr. 18 je znázornený časový priebeh bleskových impulzov, ktorý znázorňuje výboj vedúceho štádia prvého impulzu vyvíjajúceho sa vo forme krokov. V priemere je kroková čiara päťdesiat metrov a oneskorenie medzi susednými krokmi dosahuje 30-90 µs. Priemerná rýchlosť šírenia vodcu je 105...106 m/s.

Postupná forma vývoja vodcu je vysvetlená skutočnosťou, že na vytvorenie vedúceho streamera je potrebný určitý čas (pauza medzi krokmi). Nasledujúce impulzy sa pohybujú pozdĺž ionizovaného kanála a majú výrazný vodiaci stupeň v tvare šípky. Po dosiahnutí 1. pulzu zemského povrchu sa objaví ionizovaný kanál, po ktorom sa náboj pohybuje. V tomto momente začína 2. etapa výboja blesku (spätný výboj).

Hlavný výboj je viditeľný vo forme súvislej svetlej čiary prerážajúcej priestor medzi mrakmi a zemou (lineárne blesky). Keď hlavný výboj dosiahne oblak, žiara plazmového kanála sa zníži. Táto fáza sa nazýva dosvit. Pri jednom výboji blesku je zaznamenaných až dvadsať opakovaných impulzov a trvanie samotného výboja dosahuje 1 alebo viac sekúnd.

V štyroch z desiatich prípadov ide o viacnásobný výboj blesku, ktorý je príčinou impulzného šumu v energetických sieťach. V priemere sú zaznamenané 3 ... 4 impulzy. Povaha opakovaných impulzov súvisí s postupným prílevom zostávajúcich nábojov v búrkovom oblaku do plazmového kanála.

Selektívne pôsobenie výboja blesku

Keď sa vedúci kanál len začína rozvíjať, sila elektrického poľa v jeho hlave je určená objemom náboja vedúceho kanála a nahromadením hromadných nabitých častíc pod búrkovým mrakom. Prioritný smer výboja závisí od maximálnej intenzity elektrického poľa. V značnej výške je tento smer určený len vodiacim kanálom (obr. 19).

Keď sa vedúci kanál výboja blesku pohybuje smerom k zemskému povrchu, jeho elektrické pole je skreslené poľom zeme a masívnymi pozemnými energetickými zariadeniami. Maximálne hodnoty intenzity a smer šírenia bleskozvodu sú určené tak jeho vlastnými nábojmi, ako aj nábojmi sústredenými na zemi, ako aj na umelých štruktúrach (obr. 20).

Výška H hlavy vodcu nad zemským povrchom, pri ktorej sa na zemi a na energetických zariadeniach nahromadil významný vplyv na elektrické pole vodcu nábojových polí, čo môže zmeniť smer pohybu vodcu, sa nazýva výška orientácie výboja blesku.
Čím viac elektrických nábojov je vo vodiacom kanáli, tým väčšia môže nastať zmena v trajektórii pohybu blesku.

Obrázok 21 ukazuje pohyb hlavného výboja zo zemského povrchu do búrkového mraku a šírenie vedúceho smerom k zemi (rovný povrch).

Keď sa výboj blesku pohybuje smerom k výškovej pozemnej konštrukcii (veža na prenos energie alebo veža) smerom k vedúcemu výboju šíriacemu sa z búrkového mraku na zemský povrch, z pozemnej podpory sa vyvinie zvodič (obr. 22). V tomto prípade sa hlavný výboj vyskytuje v mieste pripojenia vodcov a pohybuje sa v oboch smeroch.

Ryža. 22. Vývoj vedúceho stupňa (hore) a hlavného výbojového stupňa (dole), keď výboj blesku zasiahne kovovú podperu

Proces tvorby blesku ukazuje, že konkrétne miesto úderu blesku je určené v štádiu vodcu. Ak sa priamo pod búrkovým mrakom nachádza výšková pozemná konštrukcia (napríklad televízna veža alebo stožiar elektrického vedenia), potom sa vznikajúci vodca bude pohybovať smerom k zemi po najkratšej ceste, teda smerom k vodcovi, ktorý sa rozprestiera. nahor od prízemnej konštrukcie.

Na základe praktických skúseností možno usúdiť, že blesk najčastejšie udrie do tých energetických zariadení, ktoré majú účinné uzemnenie a dobre vedú elektrinu. Pri rovnakej výške zasiahne blesk objekt, ktorý má lepšie uzemnenie a vysokú elektrickú vodivosť. V rôznych výškach energetických zariadení a ak má aj zem vedľa nich rôzny odpor, môže blesk udrieť do nižšieho zariadenia umiestneného na zemi s lepšou vodivosťou (obr. 23).

Ryža. 23. Selektívna citlivosť na výboje blesku: pôda s vysokou elektrickou vodivosťou (a); pôda so zníženou vodivosťou (b).

Túto skutočnosť možno vysvetliť skutočnosťou, že počas vývoja vedúceho štádia prúdia vodivé prúdy pozdĺž cesty so zvýšenou vodivosťou, preto v niektorých oblastiach dochádza ku koncentrácii nábojov súvisiacich s vodcom. V dôsledku toho sa zvyšuje vplyv elektrického poľa nábojov na zemskom povrchu na elektrické pole vznikajúceho lídra. To vysvetľuje selektivitu blesku. Spravidla sú najčastejšie postihnuté pôdne oblasti a pozemné umelé štruktúry s vysokou vodivosťou. V praxi sa zistilo, že na vysokonapäťových vedeniach blesk zasiahne najviac tretinu podpier umiestnených na presne definovaných miestach.

Teória selektívneho poškodenia pozemských objektov výbojmi blesku našla praktické potvrdenie v usporiadaní ochrany pred bleskom a uzemnenia energetických zariadení elektrických rozvodní. Tie oblasti, ktoré sa vyznačujú nízkou vodivosťou, boli oveľa menej pravdepodobné, že budú zasiahnuté bleskom. Na obr. 24 znázorňuje elektrické pole medzi zemou a búrkovým mrakom pred úderom blesku.

S postupnou zmenou intenzity elektrického poľa búrkového oblaku poskytuje vodivosť pôdy rovnováhu v počte nábojov pri zmene elektrického poľa oblaku. Počas výboja blesku sa intenzita poľa mení tak rýchlo, že v dôsledku nízkej vodivosti pôdy nie je čas na prerozdelenie nábojov. Koncentrácia nábojov v oddelených miestach vedie k zvýšeniu intenzity elektrického poľa medzi charakteristickými miestami a búrkovým mrakom (obr. 25), takže výboj blesku selektívne zasiahne tieto miesta.

Jednoznačne to potvrdzuje teóriu selektivity výboja blesku, podľa ktorej za podobných podmienok dopadá blesk vždy do tých miest, kde je zvýšená elektrická vodivosť pôdy.

Hlavné parametre blesku

Nasledujúce parametre sa používajú na charakterizáciu bleskových prúdov:

• Maximálna hodnota impulzu bleskového prúdu.
• Stupeň strmosti čela bleskového prúdu.
• Trvanie prednej časti aktuálneho impulzu.
• Plné trvanie pulzu.

Trvanie impulzu bleskového prúdu je čas potrebný na to, aby spätný výboj prekonal vzdialenosť medzi zemou a búrkovým mrakom (20...100 µs). Predná strana impulzu bleskového prúdu je v tomto prípade v rozsahu od 1,5 do 10 µs.

Priemerná doba trvania impulzu výbojového prúdu blesku má hodnotu rovnajúcu sa 50 μs. Táto hodnota je štandardnou hodnotou pre impulz bleskového prúdu pri testovaní dielektrickej pevnosti tienených káblov: musia odolať priamemu úderu blesku a zachovať celistvosť izolácie. Na testovanie pevnosti izolácie pri vystavení impulzom bleskového napätia (testy sú regulované GOST 1516.2-76) sa používa štandardný impulz bleskového napätia, znázornený na obr. 26 (pre uľahčenie výpočtov je skutočná predná strana zmenšená na ekvivalentnú šikmú prednú stranu).

Na zvislej osi rozmietania prepätia na úrovni 0,3 Umax a 0,9 Umax sú vyznačené kontrolné body spojené priamkou. Priesečník tejto priamky s časovou osou a vodorovnou priamkou dotyčnicou k Umax umožňuje určiť trvanie impulzu Tf. Štandardný bleskový impulz má hodnotu 1,2/50: kde Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (celkové trvanie impulzu).

Ďalšou dôležitou charakteristikou bleskového impulzu je rýchlosť nárastu napäťového prúdu na čele impulzu (predný sklon, A * μs). V tabuľke 1 sú uvedené hlavné parametre výbojov blesku pre rovinatý terén. V horách dochádza k zníženiu amplitúdy oscilácií bleskových prúdov (takmer dvakrát) v porovnaní s hodnotami pre roviny. Vysvetľuje to skutočnosť, že hory sú bližšie k oblakom, preto v horských oblastiach dochádza k bleskom s oveľa nižšou hustotou nabitých častíc v búrkových oblakoch, čo vedie k zníženiu hodnôt amplitúdy bleskových prúdov.

Podľa tabuľky pri údere blesku do vysokonapäťových veží na prenos energie vznikajú obrovské prúdy – viac ako 200 kA. Takéto výboje blesku, ktoré spôsobujú významné prúdy, sú však extrémne zriedkavé: prúdy nad 100 kA sa vyskytujú nie viac ako 2 % z celkového počtu výbojov blesku a prúdy nad 150 kA sa vyskytujú v menej ako 0,5 % prípadov. Pravdepodobné rozdelenie hodnôt amplitúd bleskových prúdov v závislosti od hodnôt amplitúd prúdov je znázornené na obr. 27. Asi 40 % všetkých výbojov blesku má prúdy nepresahujúce 20 kA.

Ryža. 28. Krivky rozdelenia pravdepodobnosti (v %) strmosti čela impulzu bleskového prúdu. Krivka 1 - pre rovné plochy; krivka 2 je pre horské podmienky.

Úroveň impulzného šumu a prepätí, ktoré sa objavujú na energetických zariadeniach, závisí od skutočnej strmosti čela impulzného prúdu výboja blesku. Stupeň strmosti sa mení v širokom rozsahu a má slabú koreláciu s hodnotami amplitúdy bleskových prúdov. Na obr. 28 je znázornený obrázok rozloženia pravdepodobnosti úrovne strmosti čelného impulzu bleskového prúdu na rovine (krivka 1) a na horách (krivka 2).

Účinok bleskových prúdov

Počas prechodu bleskových prúdov cez rôzne objekty sú tieto vystavené mechanickým, elektromagnetickým a tepelným vplyvom.
Veľké množstvo tepla môže zničiť kovové vodiče malých prierezov (napríklad poistkové vložky alebo telegrafné drôty). Na určenie kritickej hodnoty bleskového prúdu Im (kA), pri ktorom sa vodič topí alebo dokonca vyparuje, sa používa nasledujúci vzorec

k - špecifický koeficient v závislosti od materiálu vodiča (meď 300...330, hliník 200...230, oceľ 115...440).
Q je prierez vodiča, mm2;
tm je trvanie impulzu bleskového prúdu, µs.

Najmenší prierez zvodu (bleskovodu), ktorý zaručuje jeho bezpečnosť pri výboji blesku do energetického zariadenia, je 28 mm2. Pri maximálnych hodnotách prúdu sa oceľový vodič rovnakého prierezu zohreje v priebehu mikrosekúnd až na stovky stupňov, no zachová si svoju celistvosť. Pri pôsobení blesku na kovových častiach sa môžu roztaviť do hĺbky 3-4 mm. Prerušenia jednotlivých vodičov na kábloch ochrany pred bleskom na silových vedeniach často vznikajú v dôsledku prepálenia výbojom blesku v miestach kontaktu medzi bleskozvodom a káblom.

Z tohto dôvodu majú oceľové bleskozvody významné prierezy: káble na ochranu pred bleskom musia mať prierez najmenej 35 mm2 a tyčové bleskozvody musia mať prierez najmenej 100 mm2. Výbuchy a požiare môžu nastať, keď bleskový kanál zasiahne horľavé a horľavé materiály (drevo, slama, palivá a mazivá, plynné palivá atď.). Mechanický účinok prúdu výbojov blesku sa prejavuje deštrukciou drevených, tehlových a kamenných konštrukcií, v ktorých chýba ochrana pred bleskom a plnohodnotné uzemnenie.

Štiepenie drevených stĺpov na prenos energie sa vysvetľuje tým, že bleskový prúd, pohybujúci sa vnútornou štruktúrou dreva, generuje výdatné uvoľňovanie vodnej pary, ktorá svojim tlakom láme vlákna dreva. V daždivom počasí sa drevo štiepi menej ako v suchom počasí. Keďže mokré drevo sa vyznačuje lepšou vodivosťou, bleskový prúd prechádza hlavne po povrchu dreva bez toho, aby došlo k výraznému poškodeniu drevených konštrukcií.

Pri výboji blesku sa z drevených stĺpov často vylamujú kusy dreva hrubé až tri centimetre a široké až päť centimetrov a v niektorých prípadoch blesk rozdelí regály a traverzy stĺpov, ktoré nie sú vybavené uzemnením, na polovicu. V tomto prípade kovové prvky izolátorov (skrutky a háky) vyletia zo svojich miest a spadnú na zem. Raz bol úder blesku taký silný, že obrovský topoľ vysoký asi 30 m sa zmenil na kopu malých triesok.

Výboje blesku, ktoré prechádzajú úzkymi trhlinami a malými otvormi, spôsobujú značné škody. Napríklad bleskové prúdy ľahko deformujú rúrkové zvodiče inštalované na elektrických vedeniach. Dokonca aj klasické dielektrika (kameň a tehla) sú vystavené škodlivým účinkom silných výbojov. Elektrostatické sily nárazového charakteru, ktoré majú zvyšné náboje, ľahko zničia hrubostenné tehlové a kamenné budovy.

V štádiu hlavného výboja blesku v blízkosti miesta jeho úderu vo vodičoch a kovových konštrukciách energetických zariadení dochádza k impulzným impulzom a prepätiam, ktoré pri prechode cez uzemnenie energetických zariadení vytvárajú vysokofrekvenčný impulzný šum a značné napätie. pokles, dosahujúci 1 000 alebo viac kV. Výboje bleskov sa môžu vyskytnúť nielen medzi búrkami a zemou, ale aj medzi jednotlivými oblakmi. Takéto blesky sú úplne bezpečné pre personál a vybavenie energetických zariadení. Zároveň výboje blesku zasahujúce do zeme predstavujú vážne nebezpečenstvo pre ľudí a technické zariadenia.

Búrková činnosť na území Ruskej federácie

V rôznych častiach našej krajiny má intenzita búrkovej činnosti výrazné rozdiely. V severných oblastiach je pozorovaná najslabšia búrková aktivita. Pri pohybe na juh dochádza k nárastu búrkovej aktivity, ktorá je charakterizovaná počtom dní v roku, kedy boli búrky. Priemerná dĺžka trvania búrok na jeden deň s búrkami na území Ruskej federácie je od 1,5 do 2 hodín. Búrková činnosť pre ktorýkoľvek bod Ruskej federácie sa zisťuje podľa špeciálnych meteorologických máp búrkovej činnosti, ktoré sú zostavené na základe údajov z dlhodobých pozorovaní meteorologických staníc (obr. 29).

Zaujímavé fakty o blesku:

• V oblastiach, kde je blesková aktivita 30 hodín za rok, udrie v priemere 1 blesk na štvorcový kilometer zemského povrchu za dva roky.
• Každú sekundu zažije povrch našej planéty viac ako sto bleskov.

Búrka - čo to je? Odkiaľ sa berú blesky, ktoré pretínajú celú oblohu, a hrozivé hromy? Búrka je prirodzený jav. Blesk, nazývaný blesk, sa môže tvoriť vo vnútri oblakov (cumulonimbus) alebo medzi oblakmi a oblakmi. Zvyčajne ich sprevádza hrmenie. Blesky sú spojené so silnými dažďami, silným vetrom a často aj s krupobitím.

Aktivita

Búrka je jednou z najnebezpečnejších. Ľudia zasiahnutí bleskom prežijú len v ojedinelých prípadoch.

Zároveň na planéte pôsobí približne 1500 búrok. Intenzita výbojov sa odhaduje na sto bleskov za sekundu.

Rozloženie búrok na Zemi je nerovnomerné. Napríklad nad kontinentmi je ich 10-krát viac ako nad oceánom. Väčšina (78 %) výbojov bleskov sa sústreďuje v rovníkových a tropických zónach. Búrky sú časté najmä v strednej Afrike. Ale polárne oblasti (Antarktida, Arktída) a póly bleskov sú prakticky neviditeľné. Ukazuje sa, že intenzita búrky je spojená s nebeským telom. V stredných zemepisných šírkach sa jeho vrchol vyskytuje v popoludňajších (denných) hodinách, v lete. Ale minimum bolo zaregistrovaných pred východom slnka. Geografické vlastnosti sú tiež dôležité. Najsilnejšie centrá búrok sú v Kordillerách a Himalájach (horské oblasti). Ročný počet „búrlivých dní“ je v Rusku tiež odlišný. Napríklad v Murmansku sú len štyri, v Archangeľsku - pätnásť, Kaliningrade - osemnásť, Petrohrad - 16, v Moskve - 24, Brjansk - 28, Voronež - 26, Rostov - 31, Soči - 50, Samara - 25 , Kazaň a Jekaterinburg - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Čita - 27, Irkutsk a Jakutsk - 12, Blagoveščensk - 28, Vladivostok - 13, Chabarovsk - 25, Južno-Saklov-Sachalinsk - 1.

Vývoj búrky

ako to ide? vzniká len za určitých podmienok. Prítomnosť stúpajúcich prúdov vlhkosti je povinná, pričom musí existovať štruktúra, kde jedna frakcia častíc je v ľadovom stave, druhá v tekutom stave. Vo viacerých prípadoch dôjde ku konvekcii, ktorá povedie k rozvoju búrky.

Nerovnomerné zahrievanie povrchových vrstiev. Napríklad nad vodou s výrazným teplotným rozdielom. Nad veľkými mestami bude intenzita búrok o niečo silnejšia ako v okolí.

Keď studený vzduch vytlačí teplý vzduch. Frontálna konvencia sa často vyvíja súčasne so šikmými a nimbostratovými oblakmi (oblaky).

Keď vzduch stúpa v horských pásmach. Aj malé nadmorské výšky môžu viesť k zväčšeniu oblačnosti. Toto je nútená konvekcia.

Každý búrkový mrak, bez ohľadu na jeho typ, nevyhnutne prechádza tromi štádiami: kumulus, zrelosť a rozpad.

Klasifikácia

Búrky boli nejaký čas klasifikované len v mieste pozorovania. Delili sa napríklad na pravopisné, lokálne, frontálne. Búrky sú teraz klasifikované podľa charakteristík, ktoré závisia od meteorologického prostredia, v ktorom sa vyvíjajú. vzniká v dôsledku nestability atmosféry. Pre vytvorenie búrkových oblakov je to hlavná podmienka. Charakteristiky takýchto tokov sú veľmi dôležité. V závislosti od ich sily a veľkosti sa vytvárajú rôzne druhy búrkových oblakov, resp. Ako sú rozdelené?

1. Kumulonimbus jednobunkový, (lokálny alebo intramasový). Vyznačte sa krupobitím alebo búrkami. Priečne rozmery od 5 do 20 km, vertikálne - od 8 do 12 km. Takýto oblak „žije“ až hodinu. Po búrke sa počasie prakticky nemení.

2. Viacbunkový klaster. Tu je mierka pôsobivejšia - až 1 000 km. Viacbunkový zhluk pokrýva skupinu buniek búrky, ktoré sú v rôznych štádiách formovania a vývoja a zároveň tvoria jeden celok. Ako sú usporiadané? Zrelé búrkové bunky sa nachádzajú v strede, zatiaľ čo rozpadávajúce sa môžu mať priemer až 40 km. Zhlukové viacbunkové búrky „dávajú“ poryvy vetra (silný, ale nie silný), lejak, krupobitie. Existencia jednej zrelej bunky je obmedzená na pol hodiny, ale samotný klaster môže „žiť“ niekoľko hodín.

3. Čiary vŕb. Sú to tiež viacbunkové búrky. Nazývajú sa aj lineárne. Môžu byť buď pevné, alebo s medzerami. Nárazy vetra sú tu dlhšie (na prednom fronte). Viacbunková línia sa po priblížení javí ako tmavá stena mrakov. Počet tokov (horných aj dolných tokov) je tu dosť veľký. Preto je takýto komplex búrok klasifikovaný ako viacbunkový, hoci štruktúra búrok je odlišná. Squall line je schopná produkovať intenzívny lejak a veľké krupobitie, ale je častejšie „obmedzovaná“ silnými prúdmi. Často prechádza pred studeným frontom. Na obrázkoch má takýto systém tvar zakrivenej mašle.

4. Supercelárne búrky. Takéto búrky sú zriedkavé. Nebezpečné sú najmä pre majetok a ľudský život. Oblak tohto systému je podobný jednobunkovému oblaku, pretože oba sa líšia v jednej protiprúdnej zóne. Ale majú rôzne veľkosti. Supercell cloud - obrovský - takmer 50 km v okruhu, výška - až 15 km. Jeho hranice môžu ležať v stratosfére. Tvarom pripomína jedinú polkruhovú nákovu. Rýchlosť stúpajúcich prúdov je oveľa vyššia (až 60 m/s). Charakteristickým znakom je prítomnosť rotácie. Práve tá vytvára nebezpečné, extrémne javy (veľké krúpy (viac ako 5 cm), ničivé tornáda). Hlavným faktorom pre vznik takéhoto oblaku sú podmienky prostredia. Hovoríme o veľmi silnom zjazde s teplotou +27 a vetre s premenlivým smerom. Takéto podmienky vznikajú pri strihu vetra v troposfére. Zrážky vznikajúce vo vzostupných prúdoch sa prenášajú do zóny zostupného prúdu, čo zabezpečuje dlhú životnosť oblaku. Zrážky sú rozložené nerovnomerne. Prehánky sú v blízkosti stúpavého prúdu a krúpy sú bližšie k severovýchodu. Zadná časť búrky sa môže posunúť. Potom bude najnebezpečnejšia zóna blízko hlavného stúpavého prúdu.

Existuje aj pojem „suchá búrka“. Tento jav je pomerne zriedkavý, charakteristický pre monzúny. Pri takejto búrke nie sú žiadne zrážky (jednoducho nedosiahnu, vyparujú sa v dôsledku vystavenia vysokej teplote).

Rýchlosť pohybu

V ojedinelej búrke je to asi 20 km/h, niekedy aj rýchlejšie. Ak je aktívny studený front, rýchlosť môže byť 80 km/h. Pri mnohých búrkach sú staré búrkové bunky nahradené novými. Každý z nich prejde relatívne krátku vzdialenosť (asi dva kilometre), no v súhrne sa vzdialenosť zväčšuje.

elektrifikačný mechanizmus

Odkiaľ pochádzajú blesky? okolo oblakov a v nich sa neustále pohybujú. Tento proces je pomerne komplikovaný. Najjednoduchšie je predstaviť si, ako fungujú elektrické náboje v zrelých oblakoch. Dominuje v nich dipólová pozitívna štruktúra. Ako sa distribuuje? Kladný náboj je umiestnený navrchu a záporný náboj je umiestnený pod ním, vo vnútri oblaku. Podľa hlavnej hypotézy (túto oblasť vedy možno stále považovať za málo preskúmanú) ťažšie a väčšie častice sú negatívne nabité, zatiaľ čo malé a ľahké majú kladný náboj. Prvé padajú rýchlejšie ako druhé. To sa stáva dôvodom priestorového oddelenia vesmírnych nábojov. Tento mechanizmus je potvrdený laboratórnymi experimentmi. Častice ľadových peliet alebo krúp môžu mať silný prenos náboja. Veľkosť a znamienko bude závisieť od obsahu vody v oblaku, teploty vzduchu (okolia) a rýchlosti zrážky (hlavné faktory). Vplyv iných mechanizmov nemožno vylúčiť. Výboje sa vyskytujú medzi zemou a mrakom (alebo neutrálnou atmosférou alebo ionosférou). Práve v tomto momente pozorujeme záblesky rozoberajúce oblohu. Alebo blesk. Tento proces je sprevádzaný hlasným zvonením (hromom).

Búrka je zložitý proces. Jeho štúdium môže trvať mnoho desaťročí a možno aj storočí.