Powstawanie pożarów od wyładowań atmosferycznych
W trakcie trwania wyładowań atmosferycznych występują duże napięcia, prąd osiąga wartość setek amperów, a wyładowanie powoduje powstanie temperatur rzędu kilku tysięcy stopni. Dlatego też obiekt, w który uderza piorun, może ulec znacznym uszkodzeniom. Na skutek zjawisk towarzyszących temu zdarzeniu zniszczeniu ulegają urządzenia elektryczne i elektroniczne, kable instalacji alarmowych i użytowych, w skrajnych przypadkach może dojść do powstania pożaru.
Powstawanie pożarów od wyładowań atmosferycznych
Wyładowania atmosferyczne powstają na skutek gromadzenia się ładunków elektrycznych w chmurach burzowych i w związku z różnicą potencjałów między nimi a ziemią. Pioruny mogą mieć dwojaki charakter. Występują między sąsiednimi warstwami chmur (nie są wtedy groźne dla obiektów naziemnych) oraz między chmurami a ziemią. W tym drugim przypadku przebywanie na otwartym terenie w czasie burzy wiąże się z niebezpieczeństwem bezpośredniego porażenia.
Wyładowanie atmosferyczne różni się tym od iskry elektrycznej, że jest od niej o wiele silniejsze, natężenie prądu powstającego przy uderzeniu pioruna dochodzi do 250 kA, a ciepło wytworzone przepływem prądu bezpośrednio lub pośrednio powoduje zapalenie się palnych materiałów znajdujących się w pobliżu. Narażone na uderzenia są przede wszystkim obiekty najwyższe na danym terenie. Uderzenie pioruna w drzewa powodują ich rozerwanie i pęknięcie, metalowe przedmioty, przewody ulegają stopieniu, a uderzenie pioruna w przewody linii elektrycznej może spowodować w sąsiednich transformatorach, generatorach i odbiornikach przebicie izolacji, powstanie łuków elektrycznych i w konsekwencji pożar.
Szczególnie zagrożone są obiekty nie posiadające odpowiednich instalacji zabezpieczających. Pioruny wywołują często duże uszkodzenia powstające zarówno poprzez bezpośrednie działanie wynikające z ich natury jak i wtórne np. przepięcia. Uderzeniom piorunów towarzyszy szereg zjawisk bardzo niekorzystnych z punktu widzenia bezpieczeństwa pożarowego. W szczególności można do nich zaliczyć:cieplne i dynamiczne działanie energii wyładowania,wysokie napięciewtórne działanie pioruna.
Skutki uderzeń pioruna
Piorun może wywołać pożar. Uderzenia rozrywają pnie drzew i mury, potrafią oderwać płyty kamienne wykładzin dachowych, murów ważące do 100 kg i odrzucić je na kilka metrów, przepalają cienkie druty, wywołują uszkodzenia instalacji elektrycznych, telefonicznych i innych opartych o metalowe przewody, niszczą urządzenia elektryczne. Działanie na urządzenia elektryczne zapoczątkowywane jest poprzez bezpośrednie lub pośrednie uderzenie pioruna w sieć, a także w wyniku indukowania się napięcia w wyniku impulsu elektromagnetycznego gdy piorun uderzy niedaleko od sieci.
Impuls ten powstaje wskutek wytworzenia przez prąd elektryczny pioruna krótkotrwałego pola magnetycznego. Indukuje on napięcie we wszystkich obwodach i urządzeniach elektrycznych (w tym w liniach elektroenergetycznych, sieciach telekomunikacyjnych, instalacjach antenowych itp.) znajdujących się w pobliżu miejsca uderzenia pioruna. Napięcie impulsu blisko uderzenia jest tak duże, że nie zabezpieczają przed nim zwykłe wyłączniki ani izolacje. Powoduje ono poważne uszkodzenia i zniszczenia sieci oraz przyłączonych do tych sieci urządzeń.
Wyładowania atmosferyczne zagrażają aparaturze elektronicznej w dwojaki sposób:
-
przepływ prądu piorunowego może uszkodzić aparaturę i instalacje
-
impuls elektromagnetyczny spowodowany wyładowaniem, może zaindukować duże napięcie
Parametry wyładowania piorunowego:
-
wartość szczytowa prądu
-
maksymalna stromość prądu
Wartość szczytowa prądu określa napięcie, które może zaindukować się wskutek uderzenia pioruna. Załóżmy że wartość szczytowa pioruna, który uderzył w budynek wynosi 140kA. Niech rezystancja uziemienia (bezindukcyjnego) budynku wynosi 2ohmy (co jest bardzo małą wartością). Napięcie związane z przepływem tego prądu wynosi 280kV. Jeżeli nie zostały zainstalowane ograniczniki przepięć takiemu właśnie zakłóceniu zostaną poddane linie zasilające i telekomunikacyjne. Nie wytrzyma żadne urządzenie do separacji galwanicznej (nawet transformator z izolacją olejową). Uziemienie jest niewystarczające w przypadku uderzenia pioruna w budynek.
Czas narastania prądu jest kolejnym parametrem wyładowania. Im jest on krótszy, tym krótszy jest impuls elektromagnetyczny powstający podczas wyładowania. Napięcie zakłócające które może się zaindukować podczas przepływu fali elektromagnetycznej jest proporcjonalne właśnie do wartości tego parametru. Pole elektromagnetyczne powstałe podczas wyładowania ma wąskie widmo w zakresie fal długich. Dlatego może z łatwością wnikać do wnętrza budynków. Dodatkowo, ma ono charakter magnetyczny co utrudnia ekranowanie. Napięcie indukowane przez taki impuls może osiągać wartości 100 V/m² (w przypadku gdy piorun uderzył 100 m od urządzenia, dziesięciokrotne skrócenie tej odległości powoduje dziesięciokrotny wzrost SEM]).
Zasady ochrony przed piorunami
W czasie burzy nie wolno stawać pod samotnie rosnącymi drzewami, w pobliżu wysokich metalowych masztów, w które często uderza piorun ani w pobliżu linii elektroenergetycznych.
Osoba przebywająca na otwartej przestrzeni powinna znaleźć pomieszczenie, budynek, ziemiankę i schronić się w nim, z braku innej możliwości schronić się w zagłębieniu terenu, raczej nie kłaść się na ziemi (powinna dotykać do ziemi złączonymi stopami, ponieważ podczas uderzenia pioruna powstaje rozkład potencjału na powierzchni Ziemi (tzw. napięcie krokowe), odrzucić lub położyć na ziemi duże przedmioty metalowe przewodzące prąd. Osoby znajdujące się w górach powinny niezwłocznie zejść ze szczytów i grani i ukryć się w zagłębieniach, jaskiniach czy wnękach. Bardzo dobrymi miejscami na schrony są wnętrza klatek, kratownic (w tym i masztów), ale nie wolno ich dotykać, w tym także samochody chronią przed piorunem, spełniają one funkcję klatki Faradaya. Grupy osób pozostające na otwartej przestrzeni powinny się rozproszyć w odległości do kilkudziesięciu metrów, tak by na wypadek porażenia część grupy mogła udzielić pomocy porażonym.
Budynki i inne wysokie konstrukcje muszą być zabezpieczone piorunochronem, chroniącym je w czasie burzy. Instalacje elektryczne, w tym i sieci przesyłowe zabezpiecza się bezpiecznikami przeciwprzepięciowymi
W domu podczas burzy należy unikać korzystania z telefonów stacjonarnych przewodowych, oraz urządzeń elektrycznych, przede wszystkim tych obsługiwanych ręcznie. Korzystanie z tych urządzeń grozi porażeniem impulsem rozchodzącym się w przewodach instalacji. Sprzęt domowy, zwłaszcza elektronikę – RTV, komputery itp. należy odłączyć od sieci elektrycznej i innych instalacji przewodowych (np. instalacji antenowych, telekomunikacyjnych, sieci internetowych, TV kablowej itp.), co zapewni ochronę tych urządzeń przed wyładowaniami atmosferycznymi.