Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Gdy uderza piorun - zabezpieczenia układów elektronicznych

ghost666 13 Lip 2016 13:01 4158 13
  • Gdy uderza piorun - zabezpieczenia układów elektronicznych
    Jednym z wielu mitów, otaczających wyładowania atmosferyczne, jest to, że nigdy nie uderzają one dwa razy w to samo miejsce. W rzeczywistości, jeśli warunki się nie zmieniają, to kolejne uderzenia błyskawicy będą zachodzić raczej w tym samym miejscu.

    W Empire State Building błyskawice uderzają średnio 23 razy do roku. Budynek Sears Tower w Chicago uderzany jest średnio 50 razy do roku. Ta statystyka wynika głównie z faktu, że wyładowanie rozpoczyna się wysoko nad ziemią, w chmurze burzowej. To co znajduje się na ziemi ma dużo mniejszy wpływ na lokalizację wyładowania niż może nam się wydawać, chociaż są czynniki które, bardziej niż inne, mają wpływ na 'przyciąganie' piorunów. Jednym z takich czynników jest na przykład wysokość budynku - nie bez powodu mówi się, że błyskawica uderza w najwyższy punkt w okolicy - taki punkt ma istotnie mniejszą rezystancję do ziemi niż otaczające go powietrze, dlatego też tamtędy pobiegnie prąd. Podobnie odosobnione obiekty, znajdujące się na ziemi, mają dużo większą szansę na przyciągnięcie wyładowania, gdyż zmniejszają opór i czoło wyładowania, poszukując swojej drogi do ziemi, obierze trasę przez taki przedmiot, jako oferujący tor o mniejszym oporze.

    Wyładowanie atmosferyczne to zdecydowanie najgroźniejsze, co może wydarzyć się układowi elektronicznemu. Jego napięcie przekracza często 100 tysięcy woltów, a płynący przez nie prąd 40 tysięcy amperów. Bez odpowiednich systemów zabezpieczających pojedyncze wyładowanie bez problemu zniszczyć może ogromny system elektroniczny czy energetyczny, taki jak sieć przesyłową wraz z jej infrastrukturą. Dodatkowo, warto zauważyć, że duża część sieci przesyłowej jest elementami, które jak objaśniono powyżej, mają zwiększoną szansę na znalezienie się w torze wyładowania atmosferycznego - często są to najwyższe struktury w okolicy, nierzadko stojące samotnie na rozległym, płaskim terenie. Wiele linii przesyłowych, przy okazji normalnej pracy, częściowo jonizuje powietrze w swoim otoczeniu, co zwiększa jego przewodnictwo i dodatkowo przyciąga wyładowanie. Tego rodzaju systemy muszą być odporne na regularne, wyładowania, powtarzające się przez cały czas ich eksploatacji.

    Na szczęście wielu producentów tworzy dedykowane systemy zabezpieczeń, mające w bezpieczny sposób odprowadzać wyładowania atmosferyczne do ziemi (a nie do sieci energetycznej czy naszych urządzeń). Pierwszą linią obrony przed wyładowaniem są systemy operujące na poziomie linii przesyłowej, jak te, które produkuje firma ABB:



    Dalej, firma ABB proponuje umieszczenia w tablicach rozdzielczych systemów antyprzepięciowych, które pozwalają na odprowadzanie do ziemi wysokiego napięcia, jakie pojawić może się w instalacji przesyłowej. Systemy tego rodzaju bazują na układach elektronicznych, wykrywających narastanie wysokiego napięcia i aktywujących łuk elektryczny, który umożliwia spłynięcie prądu do ziemi przez element zabezpieczający, a nie sieć w budynku:



    Kolejnymi układami, jakie pozwalają zabezpieczyć systemy elektroniczne są diody lub ich całe matryce, warystory czy iskierniki gazowe. Elementy takie, jak na przykład warystory z rodziny LSP10 firmy Littlefuse produkowane są z tlenków metali, które pozwalają na odprowadzenie nadmiernego prądu podczas wystąpienia przepięcia, do masy w sposób bezpieczny, a dodatkowo wbudowane mają czujniki termiczne, które umożliwiają rozwarcie układu w sytuacji jego przegrzania. Powoduje to, że układ nie spali się. Instalacja takich elementów w układach elektronicznych jest istotna, z uwagi na to, że wszystkie zabezpieczenia znajdujące się powyżej, mogą np. częściowo zawieść, redukując napięcie do pewnego poziomu, który jednakże nadal będzie niebezpieczny dla naszego systemu.

    Ostatnią linią są tak zwane układy awaryjnego odłączania. Przykładem takiego systemu mogą być moduły Littlefuse LSP05G, które wyposażone są w czujnik termiczny. Zaprojektowano je tak, że na wypadek sytuacji awaryjnej odpinają one nasz układ od zasilania, dzięki czemu jest od odizolowany od sieci, w której nastąpiło przepięcie. Dodatkowo, moduły te wyposażone są w wyprowadzenie, umożliwiające monitorowanie ich stanu i szybką wymianę elementów, które spełniły już swoją izolującą rolę w odseparowaniu układu od wyładowania.

    Dzięki wielostopniowemu zabezpieczeniu - sieci przesyłowej, instalacji domowej i poszczególnych urządzeń elektronicznych - wyładowanie atmosferyczne, czy inne sytuacje powodujące pojawienie się wysokiego napięcia w sieci, nie muszą zakończyć się katastroficzną awarią.

    Źródło: https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/when-lightning-strikes

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9413 postów o ocenie 7062, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • Sklep HeluKabel
  • #2
    CMS
    Administator HydePark
    ghost666 napisał:
    Jego napięcie przekracza często 100 tysięcy woltów


    Nom... Przekracza i to sporo. Tak od stu do tysiąca razy. Natomiast tzw. "grom z jasnego nieba" czyli pozioma błyskawica, łamiąca się pod kątem 90° by trafić w cel oddalony o dziesiątki kilometrów od burzy, może sięgać nawet miliardów woltów.

    Pozdrawiam.
    CMS
  • Sklep HeluKabel
  • #3
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #4
    Qujav
    Poziom 22  
    Gdy grom z jasnego nieba trafi w komin budynku, a ten jest odgromiony poprawnie to nie powinno się nic złego stać.

    Problemem może być jednak impuls elektromagnetyczny spowodowany uderzeniem pioruna w to miejsce, nie znam żadnych poważnych źródeł na ten temat, ale da się to zauważyć. W różnego rodzaju głośnikach i cewkach da się usłyszeć trzask, czy to w radio, czy w słuchawce telefonu. Im bliżej piorun, tym większy trzask - czyli zjawisko istnieje.

    Inną sprawą jest to, że w gruncie rzeczy nie wiadomo jak dana instalacja się zachowa podczas uderzenia. Jej parametry są znane w stanie normalnym, ale instalacja odgromowa nie zawsze musi być 'najszybszą' drogą do ziemi. Na przykład, rury wodne czy gazowe są znacznie bardziej atrakcyjne, gdyż ich uziom jest o wiele głębszy niż typowej instalacji.
  • #5
    michał_bak
    Poziom 16  
    Qujav napisał:
    Problemem może być jednak impuls elektromagnetyczny spowodowany uderzeniem pioruna w to miejsce, nie znam żadnych poważnych źródeł na ten temat, ale da się to zauważyć. W różnego rodzaju głośnikach i cewkach da się usłyszeć trzask, czy to w radio, czy w słuchawce telefonu. Im bliżej piorun, tym większy trzask - czyli zjawisko istnieje.

    Chyba jednak chodzi o inne zjawisko.
    Trzask bardzo dobrze słychać przy transmisji AM, trochę przy cyfrowych a wcale przy FM.
    Chyba nie chodzi o "cewki" a o coś innego, o zakłócenie samego sygnału.
  • #6
    Zubiik
    Poziom 12  
    Chciałbym zobaczyć te ochronniki po prawdziwym wyładowaniu, zwłaszcza te które redukują impuls do 1.5kV
  • #7
    CMS
    Administator HydePark
    Qujav napisał:
    Gdy grom z jasnego nieba trafi w komin budynku, a ten jest odgromiony poprawnie to nie powinno się nic złego stać.


    O ile przy zwykłym piorunie, sprzęt elektroniczny w takim budynku ma, szansę (choć raczej nie wielką) przetrwać, lub ulec uszkodzeniom możliwym do naprawienia, to w przypadku w/w zjawiska zwanego "gromem z..." wątpię aby cokolwiek było w stanie przeżyć.
  • #8
    Tommy82
    Poziom 40  
    Kilka przypadków z praktyki
    Do znajomego trafił telewizor po najprawdopodobniej po trafieniu bezpośrednim w antenę w środku nie było co zbierać.
    Strzał nie wiadomo gdzie efekt w domu wyrwało zatynkowane kable ze ścian.
    Strzał w drzewo co podkreślam kilka m obok domu. U kumpla usmażony sprzęt rtv w domu w zasadzie przeżyła tylko lodówka i piec co. Spalone w okolicy junkersy modemy neo parę domów dalej sąsiadce zaisżyło z telefonu. Spalone switche i karty sieciowe. Wniosek jest taki ze mimo braku bezpośredniego trafienia w elementy instalacji (stałem wtedy na balkonie i widziałem dokładnie strzał) popadały w okolicy i telefony i modemy podpięte do sieci tel. urządzenia sieciowe podpięte do naszej lokalnej sieci lan i urządzenia podpięte do sieci energetycznej.
  • #9
    Qujav
    Poziom 22  
    michał_bak napisał:
    Qujav napisał:
    Problemem może być jednak impuls elektromagnetyczny spowodowany uderzeniem pioruna w to miejsce, nie znam żadnych poważnych źródeł na ten temat, ale da się to zauważyć. W różnego rodzaju głośnikach i cewkach da się usłyszeć trzask, czy to w radio, czy w słuchawce telefonu. Im bliżej piorun, tym większy trzask - czyli zjawisko istnieje.

    Chyba jednak chodzi o inne zjawisko.
    Trzask bardzo dobrze słychać przy transmisji AM, trochę przy cyfrowych a wcale przy FM.
    Chyba nie chodzi o "cewki" a o coś innego, o zakłócenie samego sygnału.


    A czym jest zakłócenie samego sygnału jak nie impulsem elektromagnetycznym? ;)

    @CMS
    Ciężko powiedzieć w sumie, na szczęście ja nigdy w żaden sposób nie ucierpiałem, gdyby były jakieś statystyki wtedy można by się spierać. Może ktoś kto doświadczył mógłby coś dodać.
  • #10
    CMS
    Administator HydePark
    Qujav napisał:
    @CMS Ciężko powiedzieć w sumie, na szczęście ja nigdy w żaden sposób nie ucierpiałem, gdyby były jakieś statystyki wtedy można by się spierać. Może ktoś kto doświadczył mógłby coś dodać.


    Nie raz zdarzało mi się pisać ekspertyzy dla ubezpieczalni, dla różnorakiego sprzętu, który doświadczył bliskiego wyładowania. W Większości wypadków, nie było co zbierać.
  • #11
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #12
    michał_bak
    Poziom 16  
    Qujav napisał:
    A czym jest zakłócenie samego sygnału jak nie impulsem elektromagnetycznym?

    Przecież nie kwestionowałem istnienia impulsu elektromagnetycznego.
    Odnosiłem się do tego
    Qujav napisał:
    W różnego rodzaju głośnikach i cewkach da się usłyszeć trzask, czy to w radio, czy w słuchawce telefonu. Im bliżej piorun, tym większy trzask - czyli zjawisko istnieje.

    Impuls spowodowany wyładowaniem zakłóca sygnał radiowy a głośniki i cewki nic do tego nie mają bo nie w nich indykuje się impuls.
    Chyba, że masz tak, że przy wyłączonym radiu albo telefonie słyszysz "w głośniku", że niedaleko uderzył piorun.
  • #13
    maniek992
    Poziom 2  
    Tommy82
    Czy te urządzenia popaliły się dlatego bo gdzieś koło tego drzewa leciała w ziemi sieć energetyczna i telekomunikacyjna?
  • #14
    Tommy82
    Poziom 40  
    Nie całkiem z drugiej strony domu. Piorun rąbnął po opłotkach. Koło drzewa (po drugiej stornie ulicy w ziemi) szła instalacja zasilania latarni ale w ziemi dopiero w mojej okolicy wspina się na słup ( moja ulica jest "główna" od której odchodzą poprzeczne, u mnie podwójne przewody górne do lamp niższe to zasilnie) ale koło mnie nie było uszkodzeń o które można by podejrzewać siec energetyczną. Jedynie telefony i sprzęt sieciowy ze wspólnej sieci