TWN ED 2014 15 WYK8 piorun, politechnika PśK, Technika wysokich napieć
[ Pobierz całość w formacie PDF ]//-->POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKAKatedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki ŚwietlnejCzęść IIPrzepięcia i ochronaprzeciwprzepięciowaWykład 84. Wyładowania atmosferyczne4. Wyładowania atmosferyczne4.1. Powstawanie chmur burzowych4.1.1. Burze cieplneSilnie nagrzane powietrze przy po-wierzchni ziemi unosi się do góry(wiatr wstępujący). Temperaturagórnych warstw atmosfery jest niż-sza (na wysokości 3 km poniżej0C) i pionowo przemieszczającesię masy powietrza ochładzają się inastępuje kondensacja pary wodnej.Rys. 4.1. Powstawanie chmury burzy cieplnej (według M. Toeplera).Strzałki oznaczają kierunek wiatru wstępującego(Jakubowski J. L: Podstawy teorii przepięć w układach elektroenergetycznych. PWN, 1968)4.1.2. Burze czołowe (frontowe)Chmury burzowe powstajągdy następuje zderzenie mas(frontów) ciepłego i zimnegopowietrza przy powierzchniziemi. Klin zimnego powie-trza jakby wciska się pod ma-sy powietrza ciepłego.Powstające prądy wstępująceunoszą ciepłe powietrze dogóry gdzie ochładza się i nas-tępuje kondensacja pary wod-nej. Burze czołowe obejmująznaczne obszary powierzchni(dziesiątki kilometrów) i sąbardziej intensywne.Rys. 4.2. Powstawanie chmury burzy czołowej (według M. Toeplera).Powstanie chmury nie wyjaśnia skąd biorą się ładunki elektryczne w chmurach.4.2. Elektryzacja chmurIstnieje wiele teorii przyjmujących różne mechanizmy elektryzacji. Np. przyczyną elektryza-cji chmur jest:– rozrywanie kropel wody przez silne prądy powietrza - powstający pył wodny jest nała-dowany ujemnie a ciężkie krople wody dodatnio. Pył wodny utrzymuje się w chmurzetworząc podstawowy masyw ładunku ujemnego. Ciężkie krople spadają w postaci desz-czu a tylko niewielka ich część utrzymuje się w chmurze tworząc skupiska ładunkówdodatnich.– na większych wysokościach (> 5 km i temperaturze < - 10C) jonizacja chmur wystę-puje w wyniku przemarzania kropel wody. Krople te, przy zetknięciu z krupami lodu,eksplodują wyrzucając małe, naładowane dodatnio kryształki lodu. Jądro kropli przy-marza do krupy lodowej, która uzyskuje ładunek ujemny. Ciężkie krupy opadają dośrodkowej części chmury, a lekkie, pod wpływem wiatru, utrzymują się w górnej częścichmury.Środowisko chmury burzowej nie jest przewodzące i musi być traktowane jako izolator z za-wieszonymi naładowanymi cząsteczkami wody i lodu.hkm1086-10°C420°CRys. 4.3. Schemat chmury burzowej z centramiładunku dodatniego ujemnegoModel rozkładu ładunków w typowej chmurzeburzowej został ustalony na podstawie pomiarówprzeprowadzonych przy użyciu sond balonowych.Ładunek dodatni jest skupiony w górnej częścichmury, ujemny w dolnej; taki rozdział ładunkówtłumaczy, dlaczego większość piorunów przenosido ziemi ładunek ujemny. Wyjątkowo jednak pio-runy przenoszą również ładunek dodatni; są topioruny wychodzące z małych centrów ładunkudodatniego, które czasami znajdują się w dolnejczęści chmury.Między jonosferąi powierzchniąZiemi panuje na-pięcie szacowanena 210 kV. Uważasię, że kondensatorZiemia-jonosferajest ładowany przezchmury burzowe.Rys. 4.5. Obwód zastępczy Ziemia – jonosfera:C - obszar działalności burzowej,R - rozładowanie w obszarach pogodyRys. 4.4. Ziemia i jonosfera jako kondensator [ Pobierz całość w formacie PDF ]