Piorunochron aktywny

ESE - Early Streamer Emission

Ta strona poświęcona jest piorunochronom aktywnym. Nie dlatego, że jesteśmy orędownikami i propagatorami tego systemu. Wprost przeciwnie! Jesteśmy przeciwnikami stosowania ESE! Dlaczego? Z dwóch powodów:

Być może lektura materiałów zawartych na tej stronie pozwoli Państwu wyrobić sobie własną opinię o tych rozwiązaniach zwanych przez niektórych "piorunochronami XXI w".

Historia piorunochronów aktywnych.

Badania i opinie.

Przegrany bój zwodów ESE o rynek amerykański.

ESE w Polsce - wizja lokalna (dla fachowców).

ABC - dla tych co nie mają czasu.

Spróbujmy skrótowo, ze względu na popularny charakter tej strony, wyjaśnić czym różni się działanie zwykłego, standardowego piorunochrona od piorunochronów aktywnych. Gdzie tkwią różnice powodujące ułomności rozwiązań ochrony z ESE.

Zacznijmy od rozważenia zjawiska, w jaki sposób powstaje wyładowanie atmosferyczne.

Ładna pogoda nie oznacza, że w atmosferze nie zachodzą zjawiska elektryczne. Przy takiej pogodzie stale występuje pole elektryczne, szacowane dla obszaru Polski na poziomie 160 V/m, oraz prąd płynący w kierunku ziemi o wartości 10 pA/m² (ok. 3 A dla całego obszaru naszego kraju). Wraz z pojawieniem się na niebie chmur typu burzowego, w przestrzeni między chmurą a ziemią, wzrasta gęstość ładunków elektrycznych od wartości 100 do 1000 pC/m³. Łagodne i spokojne chmury typu Cu (cumulus) rozbudowują się tworząc chmury typu Cb (cumulonimbus) mogące sięgać powyżej 10 km wysokości. Idzie burza.

Dynamiczne procesy w chmurze Cb prowadzą do rozdzielenia ładunków elektrycznych wewnątrz niej, w wyniku czego dół chmury posiada (najczęściej) ładunek "-, a góra "+". Zjawisko przyciągania ładunków przeciwnych do siebie doprowadzi do tego, że pod chmurą burzową będą gromadzić się ładunki dodatnie. Istnienie przeciwnie spolaryzowanych ładunków w tej przestrzeni oznacza, że pomiędzy podstawą chmury, a ziemią wytworzyło się napięcie. Jego wartość może sięgać 160(!!!) milonów voltów. Obecność napięcia powoduje, że w przestrzeni pojawia się pole elektryczne E, którego wielkość wyraża się typową zależnością E = U/d, gdzie d - odległość chmura-ziemia.

Po przekroczeniu pewnej wartości pola elektrycznego - zwykle 10-15 kV/m - z podstawy chmury odrywa się grupa elektronów i pobierając energię z ww. pola elektrycznego, zaczyna podążać w kierunku ziemi. Ta grupa elektronów, zasilana kolejnymi ładunkami z chmury po zjonizowanej drodze, nazywa się liderem lub prekursorem. Do wyładowania pozostało nam ok. 20 ms. Ruch lidera składa się z szeregu "skoków" i "przystanków", z licznymi rozgałęzieniami następującymi po drodze. Zbliżanie się lidera do ziemi powoduje, że pole elektryczne gwałtownie wzrasta ( we wzorze E=U/d maleje odległość d).

W momencie, gdy wartość pola elektrycznego otaczającego ziemię i zabudowania przekroczy krytyczną wartość 500 kV/m, ze wszystkich możliwych punktów spełniających ten warunek odrywają się grupy ładunków o polaryzacji dodatniej i podążają w kierunku lidera. Nazywamy je "wyznacznikami połączenia" lub "streamerami"). Ich prędkość wzrasta (od 1 - 100 m/µs) wraz z przebytą drogą, maleje odległość d - rośnie więc pole elektryczne napędzające ruch ładunków.

Ostatni akt dramatu dopełni się wtedy, kiedy jeden z wielu streamerów połaczy się z jednym z wielu liderów. Stworzona, zjonizowana ścieżka doprowadzi do wyładowania głównego. W kanale wyładowczym popłynie prąd z szybkością 1/3 prędkości światła sięgający setek kA. Przepływ prądu może odbywać się kilkakrotnie wzdłuż zainicjowanego kanału przenosząc ładunek ok. 20 C i trwając nawet do 1 s. UDERZYŁ JEGO WYSOKOŚĆ PIORUN!

Ten krótki film pokazuje ruch wielu liderów z chmury do ziemi oraz wyładowanie główne.

Z tym przedstawionym skrótowo opisem wyładowania zgadzają się wszyscy zainteresowani. Gdzie, zatem, istnieją różnice w interpretacji zjawiska pozwalające zaistnieć producentom i instalatorom zwodów ESE?

Wróćmy do chwili w której z chmury odrywa się lider i zaczyna pędzić w kierunku ziemi. Rosnące pole elektryczne powoduje, że wokół uziemionych elementów wzrasta gęstość ładunków (powietrze jonizuje się). Pojawia się prąd ulotu, czyli znane od starożytności "ognie św. Elma".

Na rysunku obok przedstawiono dwa konkurencyjne zwody - jeden tradycyjny, drugi ESE. Zwód ESE ma taką właściwość, że (na skutek specjalnych zabiegów o których piszemy na innej stronie) znacznie wcześniej zaczyna jonizować powietrze wokół siebie. Spowoduje to wcześniejsze wyemitowanie streamera w stosunku do streamera wychodzącego ze zwodu standardowego. Czas ten jest podawany jako podstawowy parametr w materiałach producentów ESE i wynosi od 20 do 70 µs. Jest oczywistym, że jeśli streamer ze zwodu ESE zostanie wygenerowany 70 µs wcześniej, przebiegnie pewną drogę zależną od jego szybkości, przez co znacznie zwiększy swoje szanse na dotarcie do główki lidera i otworzy kanał wyładowczy.

Odległość Δl obliczana arbitralnie przez producentów ESE, przy nie prawdziwym założeniu, że v = 1 m/µs, wynosi 70 m!!!

W materiale zamieszczonym na tej stronie znajdą Państwo uzasadnienie, że skuteczność zwodów ESE to tylko "pobożne życzenia" ich producentów - oparte na błędnych założeniach i nie potwierdzone w badaniach, zarówno laboratoryjnych jak i polowych.

Powrót