Bliksem vs Bliksemafleider: Belangrijke Verschillen in Elektrische Systemen

Bliksem is een natuurlijk fenomeen dat optreedt bij bewolkte en onweersachtige weersomstandigheden. Bliksem produceert niet alleen een enorme lichtflits, maar bezit ook een enorme potentiaalgradiënt (10 kV/cm) en stromen in de orde van 10 kA tot 90 kA. Technisch gedefinieerd: „Een elektrische ontlading tussen wolk en aarde, tussen wolken of tussen de ladingscentra van dezelfde wolk heet bliksem.”

Bliksem ontstaat wanneer wolken worden opgeladen tot een zo hoge potentiaalgradiënt ten opzichte van de aarde of een buurwolk dat de dielectrische sterkte van de lucht wordt doorbroken. Er zijn veel theorieën over bliksemvorming. De meest geaccepteerde theorie stelt dat wanneer warme lucht naar boven stroomt, wrijving tussen de lucht en miniscule waterdeeltjes leidt tot ladingsscheiding. Bij de vorming van waterdruppels worden de grote druppels positief geladen en de kleinere negatief.

Deze druppels accumuleren op de wolken, sodass een wolk positief of negatief geladen kan zijn. De lading op een wolk kan zo groot worden dat deze ontlaadt naar een andere wolk of de aarde; dit noemen we bliksem.

Mecanisme van bliksemontlading

Laten we bespreken hoe de bliksemontlading verloopt. Wanneer een geladen wolk over de aarde beweegt, induceert hij gelijke en tegenovergestelde ladingen op de aarde eronder. Wanneer de potentiaalgradiënt 5–10 kV/cm bereikt, breekt de omringende lucht door en begint de bliksemontlading.

1. Zodra de lucht door de wolk wordt doorbroken, start een stroomer genaamd „leader streamer” van de wolk naar de aarde, met de lading mee. Wordt de potentiaalgradiënt niet gehandhaafd, stopt de leader streamer en ontlaadt de lading zonder een complete slag te vormen (zie figuur a).
2. In veel gevallen gaat de leader streamer door tot hij contact maakt met de aarde of een object op aarde. De leader streamers hebben voldoende luminantie en geven de eerste zichtbare ontlading (zie figuur b).
3. Het pad van de leader streamer is een geïoniseerd pad. Er ontstaat een complete doorbraak van de isolatie. De neerwaartse leader met negatieve lading maakt contact met de aarde, waarna een terugkerende streamer hetzelfde pad volgt, naar boven reizend met een positieve lading. Deze neutralisatie veroorzaakt een plotselinge vonk: de bliksem (zie figuur c).

Wat zijn bliksemafleiders en hun typen?

Aardscherming en overhead aarddraden bieden voldoende bescherming tegen directe bliksemslagen, maar falen vaak tegen reizende golven die de apparatuur kunnen bereiken. Bliksemafleiders (overstroomafleiders) bieden de benodigde bescherming tegen deze golfvormen.

De bovenstaande afbeelding toont de basisvorm van een overstroomafleider. Het bestaat uit een vonkgat in serie met een niet-lineaire weerstand. Een uiteinde is verbonden met het te beschermen deel van het apparaat, het andere uiteinde is geaard. Onder normale omstandigheden blijft de afleider uitgeschakeld en geleidt geen stroom. Bij een bliksemslag ioniseert de luchtisolatie tussen het vonkgat en leidt hij de hoge stroom naar de aarde.

Typen bliksemafleiders:

• Staafspagaatsafleider: De eenvormigste vorm. Bestaat uit twee 1,5 cm staven, gebogen onder rechte hoek met een gat ertussen. Een staaf is verbonden met de leiding, de andere met de aarde. De afstand tussen gat en isolator mag niet minder dan 1/3 van de gatlengte zijn, zodat de boog de isolator niet kan bereiken en beschadigen.
• Hoornspagaatsafleider: Bestaat uit twee hoornvormige metalen delen A en B, gescheiden door een klein luchtgat. De afstand tussen de horens neemt geleidelijk toe naar boven. De horens zijn gemonteerd op een porseleinisolator. Een uiteinde is via een serieweerstand R en spoel L met de leiding verbonden, het andere effectief geaard.
• Meervoudige gat-afleider: Bestaat uit een serie metalen cylinders, geïsoleerd van elkaar en gescheiden door kleine luchtgaten. De eerste cylinder A is met de leiding verbonden, de laatste met de aarde via een serie weerstanden. Het verbinden van de gaten met de aarde via weerstanden vermindert het effect van reizende golven. Geschikt voor systemen tot 33 kV.
• Uitstotingstype afleider (Protector Tube): Vaak gebruikt in systemen tot 33 kV. Bestaat initieel uit een staafspagaat in serie met een tweede gat in een vezelbuis. Het gat in de vezelbuis wordt gevormd door twee elektroden. De bovenste is verbonden met de staafkap, de andere met de aarde. Dit type kan een beperkt aantal operaties uitvoeren, aangezien bij elke operatie vezelmateriaal wordt verbruikt.
• Kleptype afleider: Het meest effectieve type. Bestaat uit twee ensembles: 1) serie vonkgaten, 2) niet-lineaire weerstandsschijven in serie (gemaakt van thyrite of metrosil). Beide ensembles zijn in een dichte porseleinhuizing geplaatst.

Een Complete Gids voor EE-Studenten | Hoe Werkt een Elektrisch Schakelstation?

Hoe het Corona-effect Overhead-transmissielijnen Beïnvloedt