صاعقه یک تخلیه ی بار طبیعی یا قوس الکتریکی با مدت زمان بسیار کوتاه است. تخلیه ی صاعقه ممکن است از ابری به ابر دیگر، یا بین ابر و زمین رخ دهد. صاعقه که یک “پدیده ی هوایی الکتریکی” است و معمولا در طول طوفان های طبیعی رخ می دهد. این طوفان ها با رعد همراه هستند. صاعقه در عمل تبادل بارهای الکتریکی است (الکترون یا یون های گازی). به عبارتی صاعقه نوعی جریان الکتریکی است. بسته به قطبیت تخلیه ی الکترواستاتیکی که رخ می دهد، صاعقه می تواند از سمت زمین به آسمان یا برعکس باشد.
90 درصد از تخلیه های صاعقه که بین ابر و زمین رخ می دهد از نوع منفی هستند، یعنی از نوع “صاعقه منفی ابر به زمین”. در این حالت، صاعقه در بخشی از ابر که دارای بار منفی است شروع شده و به سمت زمین با بار مثبت گسترش می یابد. با این حال، اکثر صاعقه ها در داخل خود ابر رخ می دهند، یا این که بین یک ابر با ابر دیگر به وقوع می پیوندند.
https://www.youtube.com/watch?v=AoPiLg8DZ3A
ناسا، وفور رویداد صاعقه را به صورت سالانه از 1995 تا 2003 اندازه گیری کرده است که در شکل نشان داده شده است. از مقادیر محلی که توسط ناسا به دست آمده میتوان برای تعیین تعداد صاعقه ها در هر کیلومتر مربع استفاده کرد. این اطلاعات حتی برای کشورهایی که مرجع ملی در مورد تعداد صاعقه ندارند مفید است. برای ارزیابی ریسک مطابق با استاندارد IEC62305-2 توصیه می شود که این مقادیر دو برابر شوند.
برخی انواع رعد و برق هم وجود دارند که کمتر رخ می دهند:
1- صاعقه منفی زمین به ابر
2- صاعقه مثبت ابر به زمین
3- صاعقه مثبت زمین به ابر
اثرات صاعقه :
سرج های ولتاژ و صاعقه باعث به خطر افتادن جان انسان ها و تجهیزات می شود. دز هر لحظه 1700 توفان الکتریکی در سراسر دنیا رخ می دهد که باعث ایجاد 100 صاعقه در هر ثانیه می شود که به معنای 7 الی 8 میلیون صاعقه در طول شبانه روز است و این عدد هرساله در حال افزایش است. تخلیه ی صاعقه هم در روستاها و هم در مراکز پرتراکم شهری رخ می دهد، که باعث به خطر افتادن جان انسان ها، ساختمان ها و تجهیزات فنی می شود. به طور ویژه، سرج های الکتریکی هر ساله چند صد میلیون یورو خسارت وارد می کنند.
سیستم حفاظت در برابر صاعقه شامل هر دو بخش حفاظت اولیه و حفاظت ثانویه است. این سیستم از وارد آمدن خسارت جانی به انسان ها، آسیب به ساختمان ها و خرابی تجهیزات الکتریکی ناشی از ولتاژهای سرج حفاظت می کند. حفاظت موثر ای تجهیزات در مقابل ولتاژهای القایی تولید شده زمانی امکان پذیر است که کلیه سیستم های حفاظت داخلی همراه با حفاظت خارجی ساختمان تواما نصب شده باشند.
اطلاعات کلیدی در مورد صاعقه:
1،500،000،000 صاعقه هر ساله رخ می دهد.
450،000 آسیب ناشی از ولتاژ سرج در هر سال در آلمان رخ می دهد.
تا شعاع 2 کیلومتری از محل برخورد صاعقه امکان وقوع آسیب به شکل ولتاژ سرج وجود دارد
80 درصد از صاعقه ها شدت جریانی بین 30 تا 40 کیلوآمپر دارند.
نحوه تشکیل صاعقه:
وقتی ارتفاع ابر به بیش از 15،000 متر می رسد، جبهه ی طوفان تشکیل می شود. همچنین، ابر برای تشکیل صاعقه باید 3 تا 4 کیلومتر عمق داشته باشد. هرچه ارتفاع ابر بیشتر باشد، صاعقه های بیشتر در آن تولید می شود.
انواع طوفان های صاعقه:
طوفان های صاعقه با جبهه ی موج سرد وقتی ایجاد می شوند که هوای گرم مرطوب با جبهه ی هوای سرد مواجه می شود. طوفان های صاعقه ی گرم نیز با ترکیب تابش شدید خورشید و رطوبت ایجاد می شوند. در این حالت هوای گرم با سرعت بسیار زیاد ارتفاع می گیرد.
جبهه ی موج سرد
طوفان صاعقه گرم
جدا سازی بار:
وقتی هوای گرم و مرطوب ارتفاع می گیرد، رطوبت موجود در هوا متراکم شده و در ارتفاع های بالاتر، کریستال های یخ شکل می گیرند. بادهای شدید با حرکتی که به سمت بالا و سرعتی تا 100km/h دارند باعث می شوند که کریستال های یخ به سمت بالا حرکت کرده و ذرات سنگینتر (نظیر برف، باران، یا تگرگ) در قسمت پایینی جا بمانند. برخورد این دو و اصطکاک بین آن ها باعث جداسازی بار می شود.
پراکندگی بار:
مطالعات ثابت کرده اند که برف و باران که در قسمت پایینی ابر جا مانده اند (ناحیه ای از ابر که دارای دمای بیش از منفی 15 درجه ی سانتیگراد است) دارای بار منفی و کریستال های یخ که به سمت بالا حرکت کرده اند (ناحیه ای که دمای آن سردتر از منفی 15 درجه ی سانتیگراد است) دارای بار مثبت هستند. کریستال های یخ که سبکتر هستند توسط باد به نواحی بالاتری از ابر انتقال می یابند و برف و باران در نواحی مرکزی ابر جا می مانند.
توزیع بار:
1-بار مثبت در قسمت بالایی، منفی در قسمت میانی، و بار مثبت ضعیف در قسمت پایینی.
2-ناحیه ی نزدیک به زمین نیز دارای بار مثبت است.
3-شدت میدان مورد نیاز برای شروع صاعقه، بسته به قابلیت عایقی هوا بین 0.5 تا 10 کیلوولت بر متر است.
فرایند تخلیه بار الکتریکی:
تفکیک بارهای الکتریکی درون ابر اجازه می دهد پتانسیل الکتریکی ایجاد شده به حدی افزایش یابد که تخلیه الکتریکی برای خنثی شدن ابر اتفاق بیفتد. برای ما تخلیه الکتریکی از سمت ابر به زمین در طراحی سیستم حفاظت در برابر صاعقه اهمیت دارد. این تخلیه در دو مرحله اتفاق می افتد. مرحله اول از سمت ابر شروع می شود و در مرحله دوم فرایند، از زمین یا سازه شروع می شود.
پدیده کرونا در اثز یونیزاسیون هوا و از بین رفتن خاصیت عایقی آن در زیر ابر ایجاد می شود که به صورت هاله بنفش رنگ در حول هادی نمایان می شود. در یک محدوده از ابر پدیده کرونا به طور اتفاقی شروع می شود و به صورت تصادفی در سرتاسر ابر گسترش می یابد. وزش باد مانع جلوگیری از یونیزاسیون هوا می شود. پیشرفت نردبانی پدیده کرونا به سمت پایین تا آنجا ادامخه می یابد که امکان تخلیه بار الکتریکی مهیا شود و مرحله دوم ایجاد رعد و برق در این شرایط شروع می شود. حرکت عمقی پدیده کرونا به سمتزمین به صورت ناگهانی شدت می یابد و ممکن است از چند نقطه به سمت زمین ای پیشروی رخ دهد.
https://www.youtube.com/watch?v=AoPiLg8DZ3A
یونیزاسیون هوا
میدان الکتریکی با رسیدن پدیده یونیزه شدن هوا به نزدیک زمین به صورت ناگهانی قوی می شود و به یونیزاسیون هوا در نزدیکی آن محدوه شدت می بخشد. در این وضعبت ممکن است در یک لحظه، اختلاف پتانسیل بین هوای یونیزه شده و زمین به 100 میلیون ولت برسد که در نهایت باعث یونیزه شدن هوای باقی مانده نزدیک زمین می شود.
تخلیه الکتریکی با حرکت همزمان هوای یونیزه شده ی نزدیک زمین به سمت بالا و هوای یونیزه شده ی نزدیک ابر به سمت پایین و رسیدن آن ها به یکدیگر رخ می دهد. محل تلاقی ممکن است 100ها متر بالاتر از سطج زمین باشد. مقاومت کم اتصال ایجاد شده بین مولکول های هوای یونیزه شده، باعث تخلیه شدید و سریع بارها می شود.
