PITANjE: Osobine atmosferskih pranjenja i mehanizam odvijanja
pranjenja iz oblaka u zemljuSam razvoj pranjenja moe se podijeliti
u nekoliko faza:Prva faza: takasto pranjenje Takasto pranjenje
nastaje na visokim tornjevima, uzdignutim iljcima i drugim
elektrodamanakojimadolazi
doizraenejonizacijevazduhausljedjakogelektrinog
poljakojejejaeodkritinogpoljazavazduh. Procestinjavogpranjenjana
mjestimagdjejepoljejaeodkritinogpoljazavazduhnazivasekoronom. Onase
manifestuje u vidu kratkotrajnih strujnih impulsa usljed
obrazovanja lavina koje se ire u prostor do mjesta gdje je polje
slabije od kritinog. Kada duina lavine postane vea od kritine, a
broj slobodnih elektrona prevazie neku kritinu granicu, prostorna
naelektrisanjastvorenaudarnomjonizacijom mogu
daizazovulokalnapojaanjapolja koja stvaraju nove sekundarne lavine.
One se pruaju u pravcu linija najjaeg polja, obrazujui lepezastu
ili razgranatutvorevinu od tankih kanala, koja se naziva strimerom.
Trajanje takastog pranjenja moe da bude od nekoliko minuta do
nekoliko sati. Intenzitet struje takastih pranjenja je najee ispod
1 mA. Druga faza: skokoviti lider Prvo nastaje proces strimerovog
pranjenja u pravcu polja koji je slabo osvijetljen. Energija
nastala proticanjemstruje kroz kanale strimerovog pranjenja
pretvara seutoplotu. Toplotna energija vri daljutermikujonizaciju
poveavajui provodljivost poetka strimera. Ovaj dio kanala naziva se
korijenomstrimerovog pranjenja. Dio tako obrazovanog jako
jonizovanog kanla naziva se liderom. Uslovi za prerastanje
strimerovog pranjenja u svijetao kanal lidera je dovoljno velika
struja strimerovogpranjenja.Natajnain se obrazuje jako jonizovan
kanal na duini od 5-50 m koji se zavrava svijetlim vrhom.
Prostiranje ovoga kanala vri se brzinom od oko 1/6 brzine
svjetlosti. Nakon toga proces se za trenutak zaustavlja, da bi se
od vrhakanala zapoeo novi skok u istom ili
izmijenjenompravcu.Ovafazaatmosferskog pranjenja naziva se
skokovitim liderom.Smatra se da do zaostajanja u razvoju skokovitog
lidera dolazi zbog potrebnog vremena da se u njegovom vrhu formira
dovoljna koncentracija naelektrisanja za daljirazvoj
pranjenja.Prosjena brzina prostiranja skokovitog lidera zajedno sa
pauzama je oko 1/1000 brzine svjetlosti. Struja skokovitog lidera
se procjenjuje na nekoliko stotina ampera. ematski prikaz
napredovanja skokovitog lidera je dat na slici 2.3.Trea faza:
glavno pranjenje Kada se skokoviti lider dovoljno priblii zemlji
ili nekom istaknutom uzemljenom objektu, pojavljuju se strimeri iz
glave skokovitog lidera i sa tog objekta. U trenutkukadaseovi
strimeri susretnu, nastajefazaglavnogpranjenja. Uovoj fazi dolazi
do postepene neutralizacije naelektrisanja u kanalu groma iz zemlje
prema oblaku, kaotojedatona slici 2.4.Proces glavnog pranjenja
odlikuje se vrlo velikom strujom koja se kree od nekoliko kA
dopreko 100 kA. Glavno pranjenje izaziva jak svjetlosni efekat zbog
visoke temperature u kanalu groma i zvuni efekat
usljedirenjakanalapriproticanjuvelike struje. Glavno pranjenje
izaziva razorne efekte na pogoenimobjektima. Glavno pranjenje se
kree od zemlje prema oblakubrzinom od oko 1/10 brzine svjetlosti.
Intenzitet strujeatmosferskogpranjenjanezavisi
odukupnekoliineelektricitetau oblaku, ve samo odkoliine
elektricitetakojasenalazinagomilanaukanalugroma.
Procesglavnogpranjenjasegasi kada se potpuno neutralie elektrini
naboj u kanalu groma.etvrta faza: viestruki udariJedno glavno
pranjenje esto nije dovoljno da izvri neutralizaciju kompletnog
elektrinog naelektrisanja oblaka. Zbog toga se dogaaju viestruki
udari. Nakon prvog
glavnogpranjenjaposlijepauzeodnekolikodesetinamsodoblakapremazemlji
se razvija pranjenje po predhodno jonizovanom kanalu, koji nazivamo
strelovitim liderom. On je znatno bri od skokovitog lidera jer ne
formira jonizovani kanal, ve se kree po ve obrazovanom kanalu. Kada
streloviti lider dodirne zemlju, javlja se drugo glavno
pranjenjekojejeslabijegintenzitetaodprvogglavnogpranjenja.
Podkompletnim pranjenjempodrazumijeva se proces formiranja
skokovitog lidera, prvog glavnog pranjenjaiuzastopnihpranjenja.
Zavrijemejednogkompletnogpranjenjamoese pojaviti ak i do
50pojedinanihudara groma. Smatra se da preko 40%pranjenjaima
viestrukuprirodu,sauglavnom3do4
pojedinanaudara.Naslici2.5.simbolino
jeprikazanmehanizamnastankaviestrukih
pranjenja.Dijagramkompletnogpranjenja,koji se obino dobija
snimanjem pomou specijalnih kamera je prikazan na slici 2.6. Na
slici 2.6. na gornjem dijagramu prikazan je
prostorno-vremenskidijagramrazvojapranjenja,a nadonjem dijagramu
vremenskioblikstruje kompletnog pranjenja. Udari groma izmeu oblaka
i zemlje ine samo 10%svih gromova. Veina pranjenja tokom oluje se
deava izmeu oblaka .Suma sumarum: Slika 2.6 je u stvari pojava koja
se odigrava pri udaru groma. Skokoviti lider se tokom vremena sputa
od oblaka ka zemlji. Za to vrijeme uspostavlja se relativno mala
struja lidera. Kada skokoviti lider dodirne zemlju nastaje glavno
pranjenje koje je praeno velikom strujom. Udari groma se najee
sastoje iz nekoliko uzastopnih udara i tojenaslici
prikazanokaostreloviti liderkoji seprostireizoblakapremazemlji sa
mnogo veom brzinom. PITANjE: Veliine koje karakteriu atmosfersko
pranjenjeStrujaNaponOblik talasaPolaritetKerauniki nivoOsnovna
karakteristika atm. pranjenja je struja. Napon ne moemo mjeriti ve
ga procjenjujemo. Struju mjerimo pa je ona zbog toga osnovna k-ka.
Struje groma se kreu u granicama odnekoliko kA do 400 kA. Veinu
struja, preko 50% ine struje do 20 kA.
Naosnovumjerenjaradjenihuraznimregionimacrtajusekrivevjerovatnoe
struje u zavisnosti od amplitude:Intenzitet pranjenja u planinama
je vei, ali je struja i ravnicama vea. [ ]gIP I e pri emu je =36 za
krivu 1, a =18 za krivu 2.Druga karakteristika amt. pranjenja je
napon. Vrijednost napona, tj. potencijalne razlike izmeu oblaka i
zemlje procjenjuju se na nakoliko miliona Volti. esto se napon
izudaragromaekvivalentriasaproizvodomizstrujeudaragromai
talasnogotpora kanala groma. U = Z0 Im. Za struje vee od 100 kA, Z0
se uzima da je od 100 do 250 oma, a za struje manje od 100 kA, Z0
se uzima oko 300 oma.Strmina struje - je brzina porasta
struje.Oblik talasa - atmosferskog pranjenja je aperiodian. a samo
mali broj je oscilatorno priguenog oblika. Polaritet mjerenja
pokazuju da je 90% pranjenja negativnoKerauniki nivo predstavlja
uestanost pojave atmosferskog pranjenja, tj broj
danautokugodinesagrmljavinom na posmatranom podruju. On se koristi
da se na kartama upiu izokerauniki nivoi. Ove izokeraunike karte su
bitne za zatitu objekata koja treba da se izgrade na osmatranom
podruju.Dejstva struje pranjenja: elektro magnetno dejstvo,
mehaniko dejstvo, termiko i
hemijsko.Elekromagnetnoseodlikujetimetousljedstrujeimamoindukcijunaponana
svim okolnim metalnim objektima, povoljno je to to ta struja kratko
traje pa je i ovaj indukovani napon kratkog vijeka. Mehaniko
dejstvo se ogleda u odbijanju provodnika zbog velikih mehanikih
sila koje se pojavljuju prilikom udara.Termikodejstvo: gromtrai put
manjegotpora(tamogdjejevlaga). Velika
energijastvaraparukojaizazivamehanikorazaranje. Opasnost ustvari
predstavlja topljenje metala na mjestu kontakta sa kanalom
groma.Hemijsko dejstvo: neznatno je ali isto struja pri prolasku
kroz vazduh stvara ozon i sumpornu i sumporastu kisjelinu.PITANjE:
Prenaponi pri direktnim i indirektnim atm.
pranjenjimaNavodubezzatitnihuadi najvei broj
direktnihudaradogadjaseufazni provodnik a vrlo mali broj u
stub.Prema slicinapon koji se od mjesta udara groma kree na obje
strane je:14mIU Z Ovaj napon moe da izazove prekok na izolaciji,
pogotovu kod stubova metalne konstrukcije.Istotakoovaj napon,
indukujeususjednimfaznimprovodnicimanapon veliine:2 124mIU ZK gdje
je K12 koeficijentsprege, koji se kod nadzemnig vodova kree od 0,2
do 0,3. U tom sluaju napon koji djeluje izmeu dva fazna provodnika
je:( )12 1 2 1214mIU U U Z K pa i on moe izazvati prekok izolacije
izmeu faznih provodnika, ako je vii od nivoa izolacije izmeu faznih
provodnika.Pi diretnom udaru groma, struja groma otiui kroz stub i
uzemljenje stba stvara sljedee napone: - pad napona na otporu
uzemljenja Ruz:uz uz mu R I - indukovani napon na stubu ind. Lst:
mst stdIu Ldt pa je ukupni napon na vrhu stuba zbir ova dva napona.
Istovremeno na provodniku se javlja indukovani naponkoji je
priblino: mind pdIu LdtUkupna vrijednost napona koji djeluje na
izolaciju je:m miz uz uz st pdI dIU R I L Ldt dt + +Akoje
vrijednost ovog napona via od izolacije voda prema zemlji nastaje
preskoksauzemljenogstubanafazniprovodnik.
Ovakavpreskoknazivasepovratnim prekskokom.Ako je na DV iznad faznih
provodnika postavljeno jedno ili vie zatitnih uadi, direktan udar
groma moe nastati u zatitno ue ili u stub. skustvo kae da je odnos
60% naprema 40%ukorist stuba. Uovomsluajukrozsusjedni stubotie
struja ravna polovini struje groma pa je manja vjerovatnoa preskoka
na stub. (v.sliku)Direktanudar gromauzatitnouenarasponupremagornjoj
slici stvarana zatitnom uetu napon:4mz zuIU Z Takoe i na faznom
provodniku se indukuje napon: 124mind zuIU Z K pa je ukupni napon
koji djeluje na izolaciju: ( )1 2 1214miz zuIU U U Z K
Priudarugromau stubkoji ima zatitno ue struja groma dijeli se na
dio koji otie stubom i dio koji otie zatitnim uetom na obje strane.
Dio koji otie stubom je obino vei dio i iznosi od 80 do 85% ukupne
struje udara groma. ( )121st miz uz st st pdI dIU R i L L Kdt dt _
+ + ,gdje je u ovom izrazu struja ist dio ukupne struje Im koji
otie kroz stub. Kako je u ovim jednainama napon koji vlada na
izolaciji u funkciji od struje groma ili od strmine struje groma
tako se i vjerovatnoa prekoka moe odrediti na osnovu vjerovatnoe
struje groma odnosno strmine struje koju u stvari poznajemo iz
prethodnog gradiva. Objasnimo!Pri direktnomudarugromaufazni
provodnik, bezzatitnogueta, naponkoji napree izolaciju je: 14mIU Z
Da bi nastupio preskok na izolaciji potrebno je da bude: 14mizIU Z
U tj.4izmUIZKako je vjerovatnoa struje groma data izrazom: ( )mIP I
eto je vjerovatnoa da nastali napon premai napon izolacije voda
biti:4( )izUZP u eIndirektni udar groma:Pri indirektnom udaru groma
mogu se pojaviti prenaponi na dalekovodu ije se vrijednosti mogu
izraunati sljedeim izrazom:30mI hUbDa bi indukovani napon bio vii
od nekog u naprijed utvrenog napona mora biti:30miI hubtj.30imu
bIhPoto je vjerovatnoa struje groma data izrazom:( )mIP I eto je
vjerovatnoa da nastali napon premai napon izolacije voda biti:30(
)iu bhP u eU sutini, pri raunanju vjerovatnoe da e doi do
indukovanog napona veeg od nekog u naprijed utvrenog napona bitno
je uvrstiti kerauniki nivo za posmatranu oblast, minimalno
rastojanje, i obje strane voda. Minimalno rastojanje je obino 3h
jer na bliim rastojanjima od 3h nastaje udar groma u vod. Ta
vjerovatnoa se izraunava formulom, koja ba i nije toliko
bitna:10601iuykiNghn eu PITANjE: Modelovanje atmosferskog pranjenja
i elemanata sistema i opreme Metode i modeli prorauna prenap.
atmosferskog porijekla (Petersen, grafiki metod i metod
karakteristika Bererenova metoda)Grompokuavamoekvivalentirati
prekostruje. Zamjenski emagromaizgleda kao na sledeoj slici.U
trenutku kada doe do atmosferskog pranjenja dolazi do zatvaranja
prekidaa i prikljuuje se na Ruz . Struja kroz pogoeni objekat je g
guz g uz gZ IUIR Z R Z + +zavisi od struje groma, impedanse kanala
groma i otpora uzemljenja. Kretanja talasa po vodovimaNa vodu imamo
etiri osnovna el. parametra(poduna): R, L, C, G(provodnost).
Kretanje talasa po vodovima se predstavlja jednainom telegrafiara:(
, ) ( , )( , )( , ) ( , )( , )u x t i x tri x t lx ui x t u x tgu x
t cx t + + Ove jednaine daju vrijednost u i i u svakom trenutku t,
na bilo kom rastojanju x. U operatorskom domenu bi imali:( , ) ( )
( )( ) ( )( , )x xx xc cu x p A p e B p eA p e B p ei x pZ Z +
+gdje je cr lpZg cp++ karakteristina impedansa odn. talasni otpor
voda.U visokom naponu svi vodovi se posmatraju u dvije grupe: 1.
vod bez gubitaka: r=0 i g=02. vod sa gubicima koji zadovoljava
Hevisajdov uslov r gl c Struje i naponi na vodu u bilo kojoj taki
mogu se predstaviti sa dva pokretna, putujua talasa, koji se kreu u
suprotnim smjerovima. Jedan je upadni drugi odbijeni u datoj
taki.Vod bez gubitaka ne moe biti. Zato? VNprovodnici velikog
prenika bi smanjili mogunost pojave korone (jer r moemo zanemariti
ako imamo veliki prenik), meutim to sa ekonomske strane nije
isplativo. Ako ne zanemarimo gubitke Hevisajdov uslov umnogome
olakava proraun, a dosta realno predstavlja sliku voda.U oba sluaja
kada sredimo jednaine, moemo da piemo:000( , ) ( , ) ( , )( , ) ( ,
)( , ) ( , ) ( , )uuuc cu x t U x t U x tU x t Ux ti x t i x t i x
tZ Z + + +Uu upadni napon, U0 odbijeni napon. Upadni ide od poetka
ka kraju voda, odbijeni obrnuto.Brzina prostiranja talasa na
vodovima je:1 cvl c kodvazdunihvodova==1slijedi v=codnbrzini
svjetlosti, dokjekodkablovskih vodova =1, =4 slijdi
v=c/2.Posmatrajmo vod: talas se kree po vodu i na njega utie k-na
impedansa.Prikljuimo impedansku Z2, u taki A dolazi do promjene
karakteristine impedanse pa dolazi do odbijanja i prelamanja
talasa. za taku A vai:001 0p uu up uU U UU Ui i iZ Z + + +
12u p pU i Z U +pa se za prethodnu sliku moe crtati:Do ove
zakonitosti doao je Petersen te se ono tako i zove.Petersenovo
pravilo:Iz realne eme sa raspodijeljenim parametrima, moe se prei
na zamjensku emu, sa jednom konturom, sa skoncentrisanim
parametrima koja je prikljuena na izvor dvostrukog upadnog
napona.Napon i struja se mogu izraunati preko sledeih relacija:221
21 222p p up upuppZU i Z U UZ ZUiZ Z ++Skoncentrisani parametri su
konstanta koja je koeficijent prelamanja. 2 102 1p u up upZ ZU U U
U UZ Z +Koeficijent jeustvari koeficijent odbijanja. Bitnojeznati
daizmeukoeficijenta prelamanja i koeficijenta refleksije postoji
odnos:1 Akoimamosluaj vodaimpedanse Z1idoedopromjene impedanse
Z2utoj taki dolazi do prelamanja i odbijanja i samo za tu taku se
moe primjeniti Petersenovo pravilo. a) posmatrajmo vod imp. Z1 koji
je na kraju otvoren2 12 12Z ZZ Z +
1
2p uU U
0pi b) vod u taki A kratko spojen0 1 0pU 0pi c) Ako u taki A
imamo prikljuen odreeni broj vodovan(razvodno postrojenje) i neka
je po jednom od njih Z1 naiao prenaponski talas. Smatramo da su svi
vodovi isti1 22nUiZ Z+ 22A nU i Z Un Moemo posmatrati sluaj:- za
n=1Ua=2Up- za n=2 Ua=Up- to je vei broj n to je manja vijednost Ua
Najugroenijetakeprilikomdejstvaamosferskogpranjenjasukrajnjetake.
Slino je i sa domainstvima tako da su kod seoskih najugroenija ona
na koja se nalaze na kraju.Po svim vodovima dolazi prenaponski
talas u taku A i odbija se nazad. Ovo se ekvivalentira sledeom
emom.2ek x x ekZ i U U + Ovo znai da Petersenovo pravilo vai i za
sluaj n vodova koji se stiu u jednu taku i po bilo kom od tih
vodova nailazi prenaponski talas. Primjeri iz prakse: na svaki od
sluajeva moe se primjeniti P pravilo (docrtati)a) postrojenje na
kojem je prikljueno n vodva i na sabirnice je prikljuen Cb) Na
krajevima VN vodova ima prigunica L koja pegla strujuc) Funkcija
odvodnika prenapona je spreavanje prenaponaU praksi se esto deava
da imamo sluaj dugakog voda, pa za njim kratki vod duine l, a zatim
opet dugaki vod. Ovakav sistem se naziva viestruko prelamanje
talasa. On se ne moe rjeavati Petersenovimpravilom, osimu
poetnomtrenutku kad zanemarimo drugi. Ovaj sluaj se rjeava pomou
grafike mree.Kad naie talas u(t) u taki A dolazi do promjene
karakteristine impedanse, pa se jedan dio odbija a jedan dio
prelama. Ovaj dio pto se odbija ima koeficijent 12, a poto je taj
kraj dugaak on nas vie ne zanima. Drugi dio koji se prelama, sa
koeficijentom 12, doe do take B za vrijeme T=l/v. Talas koji je
doao do take B dalje se takoe rastavlja na dva talasa odbijeni i
prelomljeni. Prema Petersenovom pravilu:3232 32ZZ Z + 3 2232 3Z ZZ
Z+Talas2312U(t-T) dolazi utakuAzavrijeme2Tukojoj opet
imamoprelamanjei
odbijanjepriemujeodbijenikoef.odb.21,aupadni1223U(t-T).Uvijekna
upadni talas dodajemo (mnoimo) odgovarajui koeficijent.
NapontaakaUAi UBdobijajusekaozbirovi
pojedinihtalasauraznimvremenskim intervalima:( )112 12 21 21 23112
23 21 230( ) ( ) ( ) ( 2 )( ) 2 1nkAknk kBkU t U t U t U t kTU t U
t k T + + +1 ]Prednost ovog naina odreivanja talasa je ta to moemo
preko grafika orediti napon u bilo kojoj taki. Atmosferski talas
moemo ekvivalentirati sa dvije dvije eksponencijalne krive to bi
dovelo do problema u proraunu pa se on zamjenjuje oblikom odskone
funkcije. U ovom sluaju vrijeme T ne ulazi u proraun, to znatno
olakava proraun a greka je zanemarljiva. Napon u taki B poslije
refleksije e biti:( )2 112 23 21 23 21 23 21 2312 2312 233131 31 (
) ... ( )12nBn nB nB n nU UU UZU U UZ Z 1 + + + + ] +Poslije
beskonano mnogo refleksija napon u takama A i B e biti isti.
Problemi koji se javljaju kod viestrukog odbijanja su procesi koji
se javljaju u prelaznim procesima, dok ih u ustaljenom stanju nema.
Postoje 4 sluaja u zavisnosti od impedanski:1) Z1 > Z2 < Z3 -
u praksi ovaj sluaj, kada je impedansa kratkog voda manja od
impedani dugih vodova, javlja se u sluaju ako je kratki vod
kablovski a drugi vodovi vazduni2) Z1 < Z2 > Z3- impedansa
kratkog voda je vea to bi znailo da je krai vod vazduni a dugi
vodovi kablovski, npr. kod premoavanja rijeka3) Z1 < Z2 < Z3-
ovaj sluaj imamo npr. kod napajanja: 1 2211 2Z ZZ Z+ 3 2232 3Z ZZ
Z+4) Z1 > Z2 > Z3Vidimo da u zavisnosti od vrijednosti
impedanse koeficijenti su pozitivni ili negativni.- ovo vai za 1.
sluaj 12>023>0Do ustaljenog stanja dolazimo postepeno
poveavajui napon-zasluaj2.12Z1Z3, moemo zanemariti kapaciteteAko je
Z2
