Žaibo iškrovos procesai

Turinys 1. Žaibas 2. Žaibo susidarymo procesas 3. Žaibavimo intensyvumas 4. Kamuolinis žaibas 5. Žaibolaidis

Žaibas – elektros krūvio iškrova tarp debesies ir žemės, ar tarp debesų,tai išdava elektrinių procesų kurie atsiranda, kai debesyse vykstaintensyvus oro judėjimas ir intensyvi vandens garų kondensacija, kopasėkoje vyksta elektros krūvių pasiskirstymas ir kaupimasis. Kai debesyje oro temperatūra nukrenta iki vandens užšalimo, vandenslašeliai esantys debesyje pradeda užšalinėti. Užšalimas prasideda nuoišorinio vandens lašelio paviršiaus, kuris pasidengia ledo plutele. Vandenslašelyje esantys teigiami jonai dėl temperatūrų skirtumo pasislenka įlašelio išorę ir ją įkrauna teigiamai, o tuo pačių lašelio centrasįsikrauna neigiamai. Kai užšąla ir lašelio centras, dėl vandens plėtimosi,lašelis subyra ir jo teigiamai įkrautas paviršinis sluoksnis su oro srautununešamas į viršutinius debesies sluoksnius. Tuo būdu debesies viršutinissluoksnis įsikrauna teigiamai, o žemutinis – neigiamai. Todėl daugiausia(apie 90%) žaibai į žemę perneša neigiamą potencialą.Vidutinėse platumose išlydis tarp debesų ir žemės sudaro apie 30 – 40 %visų išlydžių, kiti vyksta tarp debesų ar debesies skirtingo potencialosluoksnių.

Kai atmosferos debesų elektrinio lauko stiprumas pasiekia kritinęreikšmę, tai apie 20-24 kV/ cm priklausomai nuo debesies aukščio viršžemės, įvyksta oro jonizacija ir įvyksta iškrova. Kiekvienas linijinisžaibas prasideda nuo pirminių labai laidžių gijų strimerių (jų plitimogreitis 100-1000 km/s), kurie susijungia į vieną laidų kanalą – laiptuotąjįlyderį.

Artėjant lyderiui prie žemės didėja elektrinio lauko stiprumas ir iš aukštųžemės paviršiaus objektų iššoka atsakomasis lyderis turintis priešingąženklą. Kai lyderio kanalas priartėja prie žemės ar priešpriešinio lyderioiki 25 – 100 metrų, elektrinio lauko stiprumas pasiekia apie 10kV/cm. Šis

atstumas pramušamas per keletą mikrosekundžių, jame išsiskiria energijaapie 0,5 – 5 MJ, kuri išnaudojama termojonizacijai ir įkaitimui (25-30tūkst. 0C ) , lyderio jonizuotu kanalu iš žemės į debesį sklindaatbulinio,arba pagrindinio, žaibo impulsas, judantis beveik 0,5 šviesosgreičio. Srovė kanale per 5 – 10 μs pasiekia dešimtis ir net šimtus kilo-amperų, bet po 25 – 200μs nukrenta iki pusės amplitudinės reikšmės.

Labai greitai įkaitus kanalui ore susidaro smūginė banga, kuri savo fronteturi dideli slėgį ir paprastai vadinama griaustiniu.Paskutinėje žaibo stadijoje, kai kanalu teka didelė srovė, neutralizuojasidebesies krūviai , bei dažnai ant finalinės stadijos srovės užsidedapakartotinių impulsų srovės, kurių metu į žemę išsikrauna likusiu krūviųsankaupos esančios skirtinguose debesies aukščiuose. Pasikartojančiųiškrovų lyderiai turi didesni sklydimo greitį, nes juda jau sudarytųkanalu, bet srovės amplitudė mažesnė, ir dėl šių iškrovų mes matome kaipžaibas mirga. Dažniausiai žaibai būna sudaryti iš dviejų – trijų tokiųiškrovų, kurios neviršija 0,1 s laiką, bet pasitaiko žaibų iškeliasdešimties iškrovų ir jos gali tęstis iki vienos sekundės.

Perėjimą iš lyderinės stadijos į pagrindinę galima imituoti –vertikalų neigiamai įkrautas strypas,kuris imituoja žaibo kanalą,užtrumpiname per raktą K su žeme. Tada neutralizacijos banga sklinda įviršų tam tikru greičiu v ir žinodami strypo krūvį σ galime rasti srovėsamplitudę : Im= σv . Jei strypas užtrumpinamas per kažkokią varžą R ,tai srovė sumažėja ir lygi

Z – ekvivalentinė žaibo kanalo varžaIš šios formulės matyti, kad žaibo srovė priklauso nuo objekto įžeminimovaržos. Teoriniais tyrimais nustatyta, kad esant maksimalioms žaibo srovėmsZ = 300-600 omų ir tai pakankamai mažai, kad skaičiuojant žaibolaidžiusgalima nevertinti.Svarbią reikšmę elektromagnetinio poveikio požiūriu turi žaibo srovės

reikšmė ir forma. Tai maždaug aperiodinio impulso formos kreivė, kuriągalima charakterizuoti fronto τf ir impulso τi trukme.

Projektuojant žaibolaidžius reikia įvertinti šiluminį ir elektrodinaminįžaibopoveikį. Srovės kvadrato integralas ∫ im2 dt, dar vadinamas veiksmointegralu ar srovės kvadrato impulsu, nustato žaibo srovės mechaninį iršiluminį poveikį laidininkams. Visoje mūsų planetoje kiekvieną sekundę įvyksta apie šimtas žaibų.Žaibavimo intensyvumą, duotoje vietovėje nusako skaičius Dž – kurischarakterizuojamas vidutiniu žaibavimo valandų skaičiumi per metus. Jismažiausias šiaurinėse platumose ir didėja link ekvatoriaus, kaip pavyzdžiuiŠvedijoje – iki 20val., Lietuvoje- 60-80val.,Gruzija- virš 100val.,Brazilija- 250val., Javos saloje užregistruotas rekordinis žaibavimas –vidutiniškai 322 dienos per metus(per 4 metų stebėjimus; valandų 2-3kartus daugiau). Kitas žaibavimo rodiklis – vidutinis žaibo smūgiųskaičius į vieną kvadratinį kilometrą per šimtą žaibavimo valandų.Lietuvoje nsm= 6,7 1/km2 per 100 žaibavimo valandų. Statiniai esantis viršžemės paviršiaus dėl priešpriešinių lyderių surenka žaibus iš aplinkiniųteritorijų todėl : statinio(A-ilgis,m B-plotis,m H-aukštis,m) Žaibo smūgių skaičius tenkantis 100km elektros perdavimo linijai per100 žaibavimo valandų: hat – atramos aukštis f – laido ar lyno įsviris

Kamuolinis žaibas atsiranda kartu su paprastu žaibu netoli nuo jo ir atrodokaip švytintis ugnies kamuolys. Šios kamuolio diametras dažniausiai Būna 10– 20 centimetrų (yra duomenų, kad būta 1 – 100cm). Būna raudonos,oranžinės, geltonos ar baltos spalvos. Kamuolinio žaibo šviesos srautasnelabai ryškus, bet ji galima aiškiai matyti dienos šviesoje. Kamuoliniaižaibai paprastai juda horizontaliai kelių metrų per sekundę greičiu, tarsirieda pasišokinėdami ant žemės nelygumų. Dažnai kamuoliniai žaibaipritraukiami metalinių daiktų (laidai, tvoros, bėgiai) ir juda lygiagrečiaijiems. Pasitaiko kad kamuolinis žaibas juda virš upių vagų. Kamuolinisžaibas tam tikrą laiką gali ir visai nejudėti. Daugelis stebėtojų

pastebėjo, kad kamuolinį žaibą lydėjo specifinis kvapas primenantisdegančią sierą ar ozoną.Kamuolinių žaibų gyvavimo laikas – dažniausiai keletas sekundžių, betpasitaiko ir daugiau minutės. Kamuolinio žaibo išnikimas įvyksta staigiaiir lidimas dideliu sprogimu, po kurio lieka nutraukti laidai, skylės,apdegę paviršiai. Kartais patenka į patalpas, per dūmtakius ar langus. Tikslaus kamuolinio žaibo ir jo susidarymo paaiškinimo dar nerasta.Yra keletas hipotezių, pagal vieną iš jų kamuolinio žaibo energijosšaltinis yra jame pačiame, dėl vykstančių cheminių reakcijų (dega gamtinėsar pelkių dujos). Kita hipotezė teigia, kad energiją kamuoliniui žaibuiteikiama iš išorės – debesų radiodažninė spinduliuotė sufokusuota į ribototūrio oro dalį, tai kamuolinis žaibas – plazmos kamuoliukas arba smarkiaijonizuotų dujų kamuolys. Kamuolinis žaibas labai retas ir trumpalaikis reiškinys, o tai vienapagrindinių priežasčių kodėl šis reiškinys ir šiuo metu dar neištirtas.

Žaibolaidis – įrenginys, saugantis statinius, elektros įrenginius nuožaibo smūgių. Turi ploną metalinį strypą su smailiu galu (strypinisžaibolaidis ) arba lyną ( lyninis žaibolaidis ), įrengtus virš arba šaliasaugomo statinio, ir įžeminimo įrenginio, kurio varža ne didesnė kaip 10 –40 omų. Žaibo lyderiui artėjant prie žemės atsakomasis žaibo strimerisiššoka iš žaibolaidžio, nes jis aukštesnis ir varža mažesnė už saugomąobjektą. Dabartinių metu žaibolaidžiai statomi iki 150 metrų aukščio.Įžeminimo įrenginiui naudojami vertikalus,dažniausiai vamzdžiai arhorizontalus elektrodai iš plieno juostų 20-40mm ir nemažiau 4mm storio.Apsaugos zona vieno vertikalaus žaibolaidžio yra maždaug kūgio formos. Joapsaugos zona apskaičiuojama pagal formules:

Tikimybė to, kad žaibas pramuš apsauginę zoną yra lygi 0,005. Jei priimtitikimybę 0,05 tai apsaugos zona išsiplečia, tokia tikimybė patenkinapraktinį panaudojimą, kai saugomų objektų aukštis iki 30 metrų, nesapsauginės zonos pramušimas galimas kas 200 metų.

Žaibolaidžių atraminėms konstrukcijoms dažniausiai panaudojami saugomiobjektai, o jei žaibolaidžiai statomi atskirai tai statomos medinės argelžbetoninės konstrukcijos. Žaibolaidžiai ir jų konstrukcijos dažomos, kadapsaugoti nuo korozijos.

Naudota literatūra

1. V.V.Bazutkin ”Aukštų įtampų technika” 1986m. 2. Lietuvos tarybinė enciklopedija 3. Elektrinių ir tinklų techninio eksploatavimo taisyklės

———————–[pic]

[pic]

Žaibo susidarymo schema: a,b – lyderio stadijos, c – pagrindinio kanalosusidarymo stadija;

1 – debesys, 2 – strimeriai, 3 – laiptuotojo lyderio kanalas

[pic]