"; ?>

paydayloans

Ochrona przed piorunami

[Strona główna] >> [Vademecum Żeglarza] >> [Ochrona przed piorunami]

Wstęp

Pioruny - najbardziej przerażająca sila przyrody, od wieków siejąca postrach pośród ludzi. Już w starożytności ludzie próbując opisać świat i napotykając na rzeczy niewyjaśnialne uważali je za dzieło bogów. Zeus gromowładny we wierzeniach starożytnych miał władzę nie tylko nad gormami ale i nad całą resztą świata żywych. Świadczy to o wielkości sił przyrody jaką ludzie dostrzegali pod zjawiskiem pioruna.

Dopiero od czasów Franklina, który ze swoim latawcem zapoczątkował rozwój badań nad elektrycznością nastąpił przełom w pojmowaniu czym jest piorun. Dziś, po ponad dwu stuleciach badań nad piorunami naukowcy wciąż nie są do końca pewni jak powstaje błyskawica.

Poniżej chciałbym opisać dotychczasową wiedzę na temat zabezpieczeń stosowanych przez człowieka w obliczu siły przyrody jaką jest piorun. W opracowaniu tego tematu poświęcam szczególną uwagę nad zachowaniem bezpieczeństwa na jachtach. Lecz aby dobrze się zabezpieczyc należy wpierw poznać zjawisko, co opisuje w następnych dwu rozdziałach.

piorun

Czym jest piorun?

Pioun sam w sobie jest przepływem energii elektrycznej. W mniejszej skali można to zaobserwować jako elektrostatyczny przeskok iskry pomiędzy dwoma ciałami. Zdarza się to dosyć często jeżeli np. naładowani poprzez tarcie dywanu lub innego materiału zbliżymy rękę do metalowego przedmiotu - niegroźny, mały piorun przeskoczy wtedy z ręki w kierunku przedmiotu. Dzieje się tak gdy jesteśmy naładowani ładunkami, a one mając w pobliżu miejsce obojętne elektrycznie, lub naładowane przeciwnymi ładunkami wywołoują w powietrzu wyładowanie elektryczne. Im więcej jest nagromadzonych ładunków i im większa jest różnica ładunków występujących na przedmiotach tym na większą odległość może przeskoczyć iskra. Również dużą rolę w tym zjawisku odgrywa wilgotność powietrza - im większa tym łatwiej dochodzi do wyładowania, niebagatelną rolę spełnia również kształt przedmiotu - na przedmiotach wypukłych gromadzą się ładunki, zaś na przedmiotach wklęsłych ładunki gromadzą się po drugiej stronie.

Przeskok iskry w powietrzu polega na wzbudzeniu na jego trasie cząsteczek, stających się w stanie wzbudzenia przewodnikami. Wiązania zostają rozbite, tworzy się plazma w której elektrony mogą się swobodnie poruszać. W tym kanale plazmowym zostają przetransportowane ładunki elektryczne znajdujące ujście w ziemi. W rzeczywistości tych kanałów tworzy się kilkanaście, kilkadziesiąt, które dążą do celu po różnych drogach tworząc specyficzne odgałęzienia.

Natężenie prądu płynące przez piorun może wynieść od 2′000A aż do ponad 200′000A z wzrostem natężenia do maksymalnego w czasie mniej niż 10 mikrosekundy. Przy pomocy satelity badawczego BS6651 wypuszczonego przez NASA naukowcy zbadali średnie natężenie prądu płynącego przez błyskawicę:

  • 1% uderzenia ponad 200kA
  • 10% uderzenia ponad 80kA
  • 50% uderzenia ponad 28kA
  • 90% uderzenia ponad 8kA
  • 99% uderzenia ponad 3kA

Jak powstaje piorun

Pioruny w przyrodzie powstają w wyniku nagromadzenia się ładunków elektrycznych w chmurach. Powietrze krążące w chmurze powoduje tarcie cząsteczek wody i lodu. W chmurach burzowych to zjawisko przyjmuje dość gwałtowny przebieg. Gwałtowne przemieszczanie w górę i w dół mas powietrza w chmurze powoduje ładowanie chmury ładunkami. Dokładny mechanizm powstawnia ładunków nie jest jeszcze znany. Powstałe ładunki dodatnie gromadzą się na bryłkach lodu na górnym krańcu chmury, zaś naładowana ujemnie woda u spodu chmury.
W myśl zasady przyciągania ładunki różnoimienne będą się przyciągały, jeżeli natrafią na przeszkodę gromadzą się tam aż powstała różnica potencjałów pozoli uzyskać na tyle dużą energię by przebić się przez przeszkodę. Może to być wyładowanie pomiędzy różnymi chmurami, między różnymi obszarami jednej chmury, ziemią lub wodą.

chmura

Podczas ładnej pogody ziemia jest naładowana ujemnie a górna atmosfera niesie ze sobą dodatni ładunek. W tej konwencji rezultatem jest pole elektrostatyczne dodatnie typowo 100V/m. Jednak gdy pogoda się pospsuje i nadejdą chmury burzowe natężenie pola elektrycznego może przekroczyć wartość 20kV/m. Pole o takim natężeniu może zapoczątkować wyładowanie na ostrych przedmiotach takich jak czubki anten i masztów. Te obiekty jako przewodniki są pod tym samym potencjale na całej swojej długości co przy poziomym ułożeniu powierzchni ekwipotencjalnych pola powoduje jego mocne zagęszczenie na czubku masztu czy też anteny. Zagęszczone pole elektryczne powoduje emisję elektronów z ostrych krawędzi przedmiotów. Żeglarze zjawisko to zwą ogniami Św. Elma które występują na czubku masztów podczas burz. Emisja elektronów nie wsytępuje jednak tylko na statkach, głównie można je zauważyć w górach będących naturalnym wyniesieniem i powodujących duże zagęszczenie pola elektrycznego. Ludzie uprawiający wspinaczkę często doświadczają fenomenu stojących włosów oraz iskrzących rąk w krańcowych warunkach burzowych.

Rozładowanie ładunków statycznych

Ładunki statyczne jak wcześniej zostało opisane są powodem powstawania piorunów. Najprostszym sposobem na zmniejszenie prawdopodobieństwa uderzenia piorunem jest odprowadzenie ładunków znajdujących się na zagrożonym przedmiocie. Operacja ta ma sens jedynie gdy przedmiot jest izolowany i gromadzą się na nim ładunki. Przy większym natężeniu pola ładunki elekryczne przyciągane przez przeciwne znajdujące się w chmurze same będą się zbierały na końcach wysokich przedmiotów. Może nawet dojść do ucieczki ładunków z końców ostrych przedmiotów - masztów, drzewców itd. zjawisko to zwie się ogniami Św. Elma zatrwarzających żeglarzy w dawnych czasach. Do ochrony przed ładunkami statycznymi gromadzącymi się na końcu masztu i zwiększającymi prawdopodobieństwo uderzenia piorunem można stosować odprowadzacze ładunków, które ułatwiają ich odpływ ku górze. Instalacja taka wygląda jak miotła zwrócona szczeciną ku górze - zgromadzonym ładunkom bardzo łatwo się wydostać z ostro zakończonych, cienkich końcówek drutu. Wiąże się to z dużym zacieśnieniem pola elektromagnetycznego w pobliżu ostrych krawędzi.Ten typ urządzenia jest stosowany w wieżach radiowych, słupach wysokiego napięcia i wieżach z nadajnikami mikrofalowymi zwłaszcza na Zachodzie.

Co daje uziemnianie

Uziemnienie masztu powoduje, że na jego topie (czubku) panuje taki sam potencjał jak na otaczająceej nas wokoło wodzie. Jako, że pioruny aby pokonać drogę muszą wykonać pracę będą się starały wykonać jej jak najmniej (wszystko dąży do lenistwa) tak więc będą się starały trafiać w punkty najwyższe oraz w te punkty, w których różnica potencjału pomiędzy chmurą jest największa. (Większe napięcie = większa energia).

Jak dobrze odprowadzić energię pioruna

Z zasad fizyki wynika, że w środku pomieszczenia oplecionego dookoła przez przewody pole elektryczne zewnętrzne nie dociera - taki system stanowi doskonałe ekranowanie przed polem dochodzącym z zewnątrz. Pomieszczenie i jego właściwości po oplecieniu przez przewody zostało zbadane przez Faradaya i nosi od jego nazwiska nazwę klatka Faradaya. Wszystkie instalacje odgromowe składają się właśnie z przewodów otaczających chroniony obiekt stanowiąc dużą klatkę Faradaya. Oczka w tej klatce mogą być bardzo duże, mimo to klatka nie traci swoich właściwości w obliczu pioruna. Problem polega na bardzo dokładnym połączeniu poszczególnych przewodów oraz ich dobrym uziemnieniu. Strefa chroniona dobrym uziomem ma kształt stożka którego powierzchnia boczna jest nachylona od kątem 60 stopni do wystająego uziomu.

Zazwyczaj uziemnienie jest wykonane z wbitego do ziemi długiego metalowego pręta, można również skorzystać z zakopanej blachy czy też beczki, wykonując uziemnienie należy pamiętać, że w tym miejscu będzie płynął prąd o dość znacznym natężeniu.

Sprawa komplikuje się gdy przebywamy na wodzie. Wysoki maszt stanowi jedyny wysoki punkt w okolicy przez co jesteśmy narażeni z większym prawdopodobieństwem na uderzenie piorunem. W tym celu stosuje się na jachtach różne instalacje odgromowe. Najprostszą z nich jest połączenie wszystkich want, sztagu i achtersztagu z wodą. Zakładając, że olinowanie stałe jest elektrycznie połączone do aluminiowego masztu klatka Faradaya na jachcie będzie obejmować większą powierzchnię jachtu. Połączenie olinowania z wodą może odbyć się przy pomocy grubej, miedzianej taśmy lub drutu.

Prostszym sposobem jest elektryczne połączenie masztu z balastem najlepiej w kilku punktach, niebezpiecznym w tej sytuacji może stać się zardzewiałe połączenie - energia uderzenia może wykazywać tendencje do penetracji kabiny jachtu. Połączenie uziemnienia można również przeprowadzić przez wał silnika do śruby.

Aby zminimalizwać niebezpieczeństwo powstania wewnątrz kabiny przejść energii pomiędzy różnymi przedmiotami warto by było wszystkie metalowe przedmioty uziemnić - potencjał na wszystkich urządzeniach będzie identyczny co zminimalizuje penetracje piorunu wewnątrz kabiny.

System uziemniający sprzęt elektroniczny oraz pozostałą część kabiny powinien być odseparowany od głównego przewodu odgromowego i posiadać własne uziemnienie.

Do uziemnienia na jachcie najlepiej nadaje się brąz, miedź, metale nie podlegające korozji, ważne również jest aby system odgromowy był niepodatny na korozję.

Czego można się spodziewać po uderzeniu piorunem

Jakkolwiek dobrze zabezpieczyliśmy się przed trafieniem pioruna stosując systemy odprowadzenia ładunków statycznych, nigdy nie możemy byc pewni 100% że unikniemy trafienia. W przypadku trafienia główna energia piorunu będzie podążała najkrótszą drogą ku uziemnieniu - wodzie. Zdarzały się sytuacje, gdy system odgromowy nie wytrzymywał natężenia i eksplodował, a piorun przechodził przez dno wypalając dziurę.

Zabezpieczenie elektroniki

Jednym z efektów uderzenia pioruna jest olbrzymie pole elektromagnetyczne towarzyszące przepływowi ogromnych natężeń. Nawet w odległości kilkuset metrów czułe przyżądy mogą wykazywać anomalie w działaniu. Przykładem tu może być radio i zakłócenia wprowadzane przez wyładowania atmosferyczne do transmisji. Większość bardzo czułych urządzeń elektronicznych zabezpieczonych jest klatką Faradaya. Doraźnie klatkę taką można stworzyć zawijając urządzenie w zwykłą kuchenną folię aluminiową. Zminimalizować ryzyko uszkodzenia sprzętu można również odłanczając go od instalacji elektrycznej jak i antenowej.

Łodzie metalowe a pioruny

Jedną z wielkich zalet łodzi z metalowymi kadłubami to duża powierzchnia styku z wodą, co pozwala wyeliminować ładunek statyczny oraz bardzo dobrze odprowadzić ewentualną energię uderzenia piorunem. Jedynymi stratami może być przypalona farba na burcie i w miejscu trafienia. Uderzenie piorunem w blachę grubości 2 mm może wypalić w niej dziurę o średnicy kilku mimlimetrów.

Fakty

Większość wyładowań (70%-80%) powstaje pomiędzy chmurami. Jedynymi skutkami są zakłócenia w radiu i telewizji

Jeżeli piorun nie zrobił szkód w sprzęcie elektrycznym to znacznie obniżył jego żywotność.

Pioruny są jedną z najczęściej występujących przyczyn wypadków i śmierci powiązanych z pogodą.

Psychologicznym efektem trafienia przez piorun są utraty pamięci, depresje, bóle głowy.

Natężenie prądu podczas uderzenia piorunem osiąga 35′000 - 40′000 amperów

Uderza gdzieś na całej ziemi o sekundę

Wytwarza temperaturę dochodzącą do 50′000 stopni Celcjusza.

Podróżuje przez atmosferę nawet do 70 km a czasem i więcej.

Może uderzyć w to samo miejsce dwa razy.

Kiedy spotkasz burzę…

  • Bądź w centrum kabiny (jeżeli jacht został tak zaprojektowany), jeżeli jacht nie posiada kabiny przyjmij niską pozycję. Nie bądź stojącym, ludzkim masztem odgromowym!
  • Trzymaj ręce i nogi w łodzi, nie machaj nimi w wodzie.
  • Przerwij łowienie ryb, jazdę na nartach wodnych, nurkowanie, pływanie lub inne wodne formy rekreacji kiedy występują wyładowania atmosferyczne lub kiedy warunki pogodowe nie zapowiadają się najciekawiej. Pierwszy grom może uderzyć wiele kilometrów przed chmurami burzowymi.
  • Odłącz oraz nie dotykaj nieużywanego sprzętu elektronicznego pdczas burzy takiego jak np. radio.
  • Obniż lub zdejmij antenę oraz inne przedmioty nie będące częścią systemu odgromowego.
  • Nigdy nie dotykaj dwóch części systemu odgromowego - podczas uderzenia może przepłynąć przez twoje ciało prąd o znacznym natężeniu.
  • Na większych jednostkach oprzyrządowanie medyczne powinno być w łatwo dostępnych miejscach, a załoga przeszkolona w ratowaniu ludzkiego życia. Do tego celu stosuje się specjalistyczny sprzęt - respiratory, elektrokardiogramy itd. W warunkach polowych niezbędnym minimum jest apteczka pierwszej pomocy i umiejętność wykonania masażu serca oraz sztucznego oddychania.
  • Gdy łódka była trafiona piorunem lub gdy zachodzi takie podejrzenie sprawdź systemy elektroniczne oraz kompasy na wypadek ich przemagnesowania.

Przypadki trafienia

(z listy dyskusyjnej pl.rec.zeglarstwo)

Date: Sat, 27 Dec 1997 03:43:31 +0100
From: Radoslaw Saniewski
Jakies dziesiec lat temu piorun pierdyknal w El Bimbo stojace na kotwicy
w Wygrynach. Palilo sie kilka minut, po czym zostal fajans nie do
opisania. Wypalilo zywice, zostalo wlokno…
Facetka - wlascicielka byla podobno wtedy w Stanach, na lodce nikogo nie
bylo, ale szans na przezycie nie mialby :-(((
W kazdym razie jak porzadnie fasoli gdzies w poblizu, to od tamtej pory
zapobiegawczo klade maszt ;-)



From: “Pawel Czechowicz”
Date: 18 Jan 1998 17:59:23 GMT
Marek Matula napisał(a) w artykule
> Chyba nie. Przeciez w czasie burzy zazwyczaj jest duzy wiatr czyli
> duza fala czyli mokry poklad - taka “instalacja” nic by wtedy nie
> dala…
Wydaje mi sie ze dala by oczekiwany rezultat.
Wg katalogu w ktorym wspomniany piorunochron
znalazlem na rysunku zaznaczone jest, ze
podlaczamy kawal stalowej (miedzianej ?)
liny do want, sztagu i achter-sztagu a drugi
koniec podlaczamy :-) do wody.
Jezeli zawsze conajmniej jeden koniec bylby w
wodzie, to w czasie feralnego wyladowania prad
poplynie po najmniejszej lini oporu, czyli wprost do
wody. Nie napotyka wtedy na swej drodze laminatu,
ktory dzieliby go od wody gdyby np. wedrowal po
maszcie i pilersie i tym samym nie przebija go.



Od: Jerzy Makieła
Wysłano: 27 kwietnia 1999 10:18
Tomasz Barszcz napisał(a) w wiadomości:
Kiedys juz pisalem na grupie ze widzialem jacht trafiony piorunem na
j. Wdzydze. Samego trafienia nie widzialem poniewaz ogladalem Haberka 555
jak zostal przywieziony do Henka Brylskiego w celu naprawy.
Piorun trafil w maszt, ladunek poszedl po maszcie, pilersie i wyszedl na
lini wodnej. Na szczescie w momencie trafienia na burcie nie bylo
nikogo. Wnetrze lodki bylo totalnie zdemolowane, pilers rozsadzony,
wzdluzniki oderwane od skorupy kadluba, kadlub na lini wodnej wygladal
jak ostrzelany z dubeltowki. Na lini wodnej bylo pelno malych dziurek o
opalonych brzegach.
Kiedys w “Zaglach” radzili zeby w wypadku burzy obwiazac maszt i
podwiezi wantowe lancuchem, a konce zanurzyc w wodzie.



Opracował: Krzysztof Czajka