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Protection contre la foudre
Protection contre la foudre

la paratonnerre est un dispositif adapté à attirer et à disperser les rejets électrique temps. Il a été inventé par Benjamin Franklin, physique États-Unis, et il a été appliqué pour la première fois avec succès Paris le 10 mai 1752.

principes physiques de paratonnerre

Protection contre la foudre
B. Franklin capte l'électricité statique avec un cerf-volant, la soie dentaire et Leyden

Pour accéder à la paratonnerre Franklin avait fait quelques considérations importantes sur des décharges électriques atmosphériques, venant établir que les dommages causés par ceux-ci n'étaient pas dus tant à leur puissance, comme chaleur qu'ils ont engendré lors de l'impact avec un objet quelconque. De plus, je trouve que lorsqu'un foudre, qui est rien de plus qu'une décharge électrique, frappe un objet, il passe par la seule partie: il fallait donc penser à quelque chose qui attirerait l'éclair et disperse la force au moyen d'un chemin forcé.

En découvrant la particularité des conseils métal, ceux or surtout pour attirer les décharges électriques, agissant ainsi comme une sorte de aimant contre la foudre, Franklin a résolu le plus grand défi: pour le capturer lors de sa décharge. Le paratonnerre est donc constitué par une tige métallique longue et mince revêtue de la pointe d'un métal noble (Intrinsèque dépourvue de couches superficielles d'oxydes, puis élevée conductivité électrique) Placé sur le dessus du bâtiment à sauvegarder; Il en découle un fil métallique qui est reliée à la masse: la décharge électrique est tirée à partir de la pointe et à la masse dispersée à travers le fil.

En outre, le paratonnerre, en raison de sa forme, il a aussi une action préventive contre la foudre. Cette conséquence du fait que la terre et le conducteur de foudre (relié à la masse) sont polarisés par induction en réponse à la charge présente sur la partie inférieure du nuage. La foudre si polarisée, grâce à pouvoir dispersant des conseils, Il aide à réduire la différence de potentiel entre le nuage et le sol, ce qui rend moins probable que vous avez le pouvoir potentiel minimum pour lancer le téléchargement.

Parce que les forts courants et des tensions qui le traversent, le câble pour la décharge de la foudre ne peut pas être protégé. En général, la cuivre, Il doit avoir une épaisseur suffisante pour empêcher la fuite de courant dans l'espace environnant. Pour les mêmes raisons, la liaison entre la pointe du paratonnerre et la terre doit être aussi court que possible, de préférence en ligne droite, et en particulier d'éviter des courbures brusques ou flèche qui augmenterait l'impédance l'électricité.

Types de foudre (LPS système de protection contre la foudre)

LPS externes (ou les systèmes de protection contre la foudre directe)

Statue auf dem Bayerischen Landtag 3427.JPG
  • stylet Attirafulmine. Constituée principalement d'une tige métallique, qui se termine avec un ou plusieurs points, placés sur le point le plus haut de l'objet à protéger (immeubles de grande hauteur, tours, clochers). La vente aux enchères est connecté électriquement par un câble conducteur (tresse cuivre) À un ou plusieurs puits (plaques, tuyaux en acier ou en cuivre galvanisé) placés dans le sol et reliés entre eux et / ou à d'autres conducteurs présents dans le sol (conduites d'eau).
  • Cage de Faraday. Pour la protection des bâtiments plus grands peuvent être utilisés dans plusieurs tiges parallèles placées à des points multiples (telles que flèches la La cathédrale de Milan) Et reliés entre eux par un réseau de conducteurs et avec différentes descentes qui enveloppent autour du bâtiment comme une cage. À son tour le réseau terrestre se concentrant relie toutes les descentes individuelles en utilisant le principe de la cage de Faraday. Le principe de la cage de Faraday n'est pas applicable à un phénomène essentiellement électrodynamique comme la foudre, statique, mais les conducteurs. Si le principe de la cage de Faraday indique que la charge électrique est distribuée de manière uniforme sur une surface métallique fermée, qui devient équipotentielle (et donc avec une probabilité égale d'un coup de foudre à tous les points), toujours par le théorème de Gauss appliqué à une géométrie irrégulière suit les « conseils de » pouvoir, à savoir la tendance de la charge électrique (et donc de la probabilité de coup de foudre) pour accumuler où il y a un champ plus électrique densité de surface: étant le champ uniforme (lignes de champ électrique à zéro divergence), il il accumule sur les pointes, qui sont la plus petite surface. Tous les dispositifs basés sur la cage de Faraday augmentent les dégâts et les dangers de la foudre; ils, en particulier, en plus de ne pas réduire la probabilité d'électrocution dans l'espace entourant la paratonnerre (avec une petite résistance électrique locale induite, par exemple. par des conseils conducteurs ou des isotopes radioactifs), augmentent au contraire, le danger de la foudre des structures qui devraient protéger, en particulier si le maillage métallique est parallèle à la direction de la chute de la foudre. Pour ces raisons, la législation prévoit généralement une distance de sécurité entre la cage métallique et le bâtiment à protéger.
  • cordes de garde. Au-dessus de la ligne à haute tension de câbles en acier sont connectées à la masse par les pylônes de support de ligne (les pylônes métalliques) évitant que les surtensions produites par des champs électrostatiques élevés associés à une incidence sur les déplacements des câbles sous-jacents qui conduisent le courant. Avec le même principe au-dessus des vaisseaux, il y a des câbles métalliques reliés à la partie de la coque immergée dans l'eau et donc un bon conducteur de courant.
  • laser contre la foudre. Il est utilisé pour protéger les centrales électriques et est basée sur le principe selon lequel faisceaux laser infrarouge ou ultraviolet avec une longueur d'onde appropriée créer une ionisation de l'air constituant un trajet conducteur préférentiel pour la décharge de foudre.

paratonnerres radioactifs

Dans le bout de la tige de la foudre d'une substance radioactive ionise l'air entourant la création d'un état de plasma et d'une manière préférentielle pour le passage du courant (résistance plus faible) par rapport à l'air environnant, ce qui augmente la probabilité de rejet.

Le paratonnerre se termine par un ou plusieurs points, ou avec un halo en forme d'ellipse, typiquement a été utilisé dans les bâtiments publics ou des tours et des églises. Pour ce faire, ils ont utilisé radionucléide les émetteurs alpha, de manière à amortir la radioactivité dans 5-10 cm de la terminaison de la tige de la foudre.
L'insertion de la matière radioactive est obligatoire pour l'ancien UNI-CEI 1981, alors que depuis 2000 est jusqu'à présent obligation installée la disposition des paratonnerres radioactifs.

Les citoyens peuvent demander à l'ASL pour un prêt compteur Geiger, ou exiger que ce soit ASL ou ARPA pour effectuer les mesures, et si elles ont dépassé les limites d'exposition à la radioactivité, les autorités sanitaires peuvent ordonner l'assainissement, à la charge des propriétaires.

Le danger de paratonnerres radioactifs est endommagée à la suite de décharges électriques, l'oxydation des pièces métalliques, l'usure due aux agents atmosphériques, et la dispersion des poudres de matières radioactives à partir des vitesses d'écoulement de l'air même à de grandes distances. Radioéléments utilisés sont:

  • Bismuth 214: pour une source de 37 MBq, reste une heure dans le voisinage d'un paratonnerre, il absorbe la dose équivalente à une année de dose maximale définie par l'OMS;
  • Radio 226: a une demi-vie de 1600 ans, une des plus longues, et une sortie plus de 20 fois, donc il faut 5 minutes d'exposition pour atteindre la dose maximale / an.
  • l'américium-241, avec un temps de décroissance de la radioactivité initiale égale à 432 ans.

LPS internes (ou des installations de protection contre les surtensions)

Installé un LPS externe (paratonnerre), il est inséré dans la plante d'un second niveau de protection avec le SPD de la classe 1, et tout autre SPD classe 2.

Les parasurtenseurs courant et / ou tension (également connu sous le nom « SPD », ou de la protection contre les surtensions périphériques), protéger le système électrique et les composants individuels du système de surtensions transitoires élevées de toute nature, soit par coup de foudre direct (comme une œuvre déjà le paratonnerre), que les manœuvres indirectes ou végétales ou de la foudre sur le réseau d'alimentation électrique externe.

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: varistance et éclateur.

Les appareils de classe A 1 sont installés dans le cadre général, le point électrique d'origine végétale, sont conçus pour résister aux coups de foudre directs, et nécessitent d'être connecté à une mise à la terre.

La classe 2 SPD exiger que sont installés au moins une mise à la terre et le SPD de la classe 1, ils sont installés sur des panneaux secondaires électriques qui sont connectés à des dispositifs électriques ou électroniques de valeur et / ou plus sensible aux variations de courant et de tension, et ils sont conçus pour résister aux courants beaucoup moins intenses et les tensions d'un coup de foudre indirect, mais ils durent plus longtemps dans le temps. Ces protections sont en effet appelé secondaire parce qu'ils ont une certaine utilité seulement si directement relié à une mise à la terre dans l'installation unique, et en présence d'une protection « primaire » (un paratonnerre) dans la même plante ou au moins à proximité.

Tout point dans le système dans lequel il est installé un SPD, classe 1 ou 2, doit être connecté directement à une mise à la terre, qui dévient le téléchargement.

Les dispositifs sur le marché doivent être approuvés selon les normes CEI 81-10 et protègent à la fois contre les surintensités contre les surtensions. Le SPD de la classe 1 sont testés pour détourner de la plante au sol au moins une fois sans détériorer un courant de décharge avec la forme d'onde 10/350 microsecondes. Ceux de la classe de test 2 sont testés avec un courant de décharge ayant une forme d'onde 8/20 microsecondes, sans détérioration pendant au moins 20 fois de suite (20 décharges avant la fin de la vie).

Le SPD de la classe 2 peut être installé entre les prises et les appareils électriques, sans interventions dans le système existant, ou « à l'intérieur » de la sortie ou d'un cadre secondaire. Dans ce cas, l'entrée sont connectés en parallèle à l'un des deux câbles équipant une prise électrique et en sortie à un autre câble qui décharge sur terre.

Pour SPD de classe 1 n'existe que le mode d'installation dernier. Dès que le téléchargement arrive et mesurer une forte différence de tension, le composant intervient et conduit à une quantité de ce courant pour détourner la tension excessive par rapport à celle du réseau, dans la branche de la diviseur de tension avec une résistance plus faible, qui doit être celle qui est connectée à la masse.

L'écart ne s'arrête pas ainsi la continuité du service. Le filtre SPD de ce type, cependant, peut être contournée par la vitesse de téléchargement (ouvrir le circuit dans un temps supérieur à quelques millisecondes à la vitesse actuelle), et l'amplitude de son arc. Contre cet inconvénient, il y a un autre type de filtres SPD qui détournent à la terre tout le courant, à la fois le réseau que la décharge de la foudre, lorsque la tension est trop élevée ou la vitesse de téléchargement, cependant, ce qui élimine la tension et interrompant ainsi l'alimentation l'électricité. ils envoient dans la pratique, court-circuit le système électrique, en faisant intervenir la protection des plantes (disjoncteurs, fusibles, des disjoncteurs de fuite à la terre).

L'efficacité du SPD est plus grande si elles sont protégées tous les véhicules potentiels télécharger: peintures et les prises électriques, mais aussi paires torsadées et câble coaxial d'antenne ou satellite. Pour protéger la prise téléphonique ou antenne TV / satellite, connectez la sortie à une prise électrique reliée à la terre.

Dans certains sous-stations Enel, les filtres SPD sont utilisés pour déconnecter momentanément quelques lignes en cas d'une tempête, pour éviter que le sovrattensione se propage. Pur les éléments du réseau Telecom contiennent déjà une protection contre la foudre et les surtensions protection pour prévenir les dommages et le transit de surintensité dans les câbles téléphoniques. des appareils plus petits sont maintenant disponibles sur les appareils individuels (par exemple TV) pour interrompre automatiquement l'alimentation.

caractéristiques

La décharge électrique (foudre) est accompagné par un bruit (tonnerre) et un rayonnement lumineux (foudre) et est due à la forte différence de potentiel électrique entre le nuage et le sol. Le tonnerre est due à l'expansion rapide de l'air qui surchauffe sur son passage et dans le voisinage immédiat. Sa vitesse est de celle du son, et 335 m / s, alors que la foudre est environ 300.000 km / s. Plus précisément, la foudre et le tonnerre sont deux vagues (son et lumière) générés par le même événement météorologique (la foudre), qui se manifestent dans la vitesse, puis à un moment ultérieur.

Pour savoir à quel point il est tombé la foudre, il suffit de compter les secondes entre la vision de l'éclair (presque immédiate) et la perception du son (tonnerre). Chaque seconde est de 335 mètres, puis un kilomètre toutes les trois secondes.

Pour les deux lois d'Ohm, lorsqu'un courant électrique circule à travers une résistance R de corps en raison d'une différence de potentiel V, on observe dans la dissipation de chaleur selon la formule

Dans le cas de la puissance de l'éclair est d'environ 10.000 K ^ V 2 / R (dépend du corps traversé), et par conséquent, la chaleur produite est suffisante pour déclencher un incendie. Dans le cas d'arbres, sont soudainement tissus lymphatiques internes chauffés jusqu'à evaporation de manière à amener l'arbre à se déchirer en raison de la pression interne générée par la vapeur.

Le rayon de l'absorption est la distance de sécurité « », dans laquelle un écoulement descendant atmosphérique quelle intensité (dirigée vers le sol, et non pas celles qui sont dirigées vers le ciel) bat contre un paratonnerre (pointe ou structure) ou contre le sol, avec 100% de chance (Certains cas), sans entrer en collision avec d'autres points dans la sphère de rayon r. Il est calculé avec la formule suivante:

où r et h (hauteur de la structure) sont exprimés en mètres et le courant en kA.

De cette formule on comprend pourquoi paratonnerres sont installés dans des bâtiments plus élevés (églises et clochers), qui, à leur tour, sont les points les plus élevés du sol, car il devient volume maximal protégé contre la foudre. Que moins intuitif, il montre que plus la foudre, plus l'espace protégé. Ils ont donc un utilitaire même des capteurs qui provoquent la décharge de foudre ou de meilleurs systèmes combinés-capteurs de foudre.

Un élément fondamental pour une bonne dispersion de la décharge électrique dans le sol est le Système de mise à la terre -à-dire le nombre et la profondeur des barres de fer qui relient le sol avec le câble de cuivre qui descend du paratonnerre. Une bonne conception doit tenir compte du type de sol (roche, argile, etc.) et son résistance fonction ou saisonnière.

On voit, cependant, que tous le téléchargement est capturé dans les conducteurs et la mise à la terre, une intensité, mais que l'augmentation de l'intensité électrique est atteinte plus rapidement que le champ critique et augmente la dispersion, à savoir la distance de la structure à laquelle la foudre a été dévié.

plantes solaires et photovoltaïques

Pour les systèmes solaires ou photovoltaïques sur le toit, s'il y a des conducteurs non blindés parallèlement à la chute de la foudre, Ils vont créer de fortes surtensions induites importantes et de l'énergie, qui, en l'absence d'un drain de plancher, font l'augmentation de la tension à des niveaux inacceptables, avec des dommages irréparables à onduleur et certains panneaux.

la règle CEI 82-25 de Juin 2006 vise les paramètres techniques pour déterminer si la plante contre la foudre est nécessaire. En général, il est obligatoire pour les plantes qui modifient dans une « cohérente » les grandes lignes du bâtiment. D'autres normes de référence sont la CEI EN 62305 (CEI 81-10).

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