Prąd uderzenia pioruna może być bardzo wysoki i zróżnicowany. Wiele zależy od jego intensywności i charakteru wyładowania atmosferycznego oraz od właściwości elektrycznych obiektu, który zostanie uderzony przez piorun. W związku z tym warto się zastanowić czy w trakcie uderzenia pioruna prąd elektryczny przepływający przez drut odgromowy zamocowany na dachu spowoduje powstanie pola magnetycznego wokół niego na tyle silnego, że uszkodzi kamery.
Siła uderzeniowa pioruna
Podczas rozważania powyższego zagadnienia trzeba wziąć pod uwagę średnią wartość prądu uderzenia pioruna. Wynosi ona około 30 000 Amperów (A), czyli 30 Kiloamperów (kA). Jednak w skrajnych przypadkach może osiągnąć wartości nawet kilkuset Kiloamperów. W praktyce oznacza to, że prąd uderzenia pioruna jest zdecydowanie wystarczający, by spowodować duże szkody. Najczęściej są to pożary i uszkodzenia budynków. Jeśli piorun uderzy w człowieka, może dojść do uszkodzenia układu nerwowego lub zawału serca. Z tego powodu należy zachować ostrożność i przestrzegać zasad bezpieczeństwa w czasie burzy.
Obliczanie pola magnetycznego – co należy uwzględnić
Przejdę teraz do kluczowego zagadnienia, związanego z mocowaniem przewodów teletechnicznych na krótkich odcinkach do instalacji odgromowej. Analizując tę kwestię, trzeba przede wszystkim pamiętać o tym, że siła pola magnetycznego zależy od wartości prądu, odległości od przewodnika oraz od właściwości magnetycznych otaczających drut odgromowy. Aby obliczyć pole magnetyczne wokół przewodnika, musimy znać wartość prądu przepływającego przez przewodnik, a także odległość od niego. W tym przypadku wartość prądu wynosi 30 000 Amperów, a odległość to 1 cm. Jakie pole magnetyczne powstanie wokół przewodnika o takich wartościach?
Jak obliczyć pole magnetyczne wokół przewodnika?
Żeby dokonać prawidłowego obliczenia, należy zastosować wzór na indukcję magnetyczną B, która będzie zależeć od wielkości prądu i odległości od przewodnika:
B = μ₀ * I / (2 * π * r)
B – indukcja magnetyczna w teslach (T)
μ₀ – przenikalność magnetyczna próżni, która wynosi 4π * 10^-7 T*m/A
I – prąd przepływający przez przewodnik, wyrażony w amperach
r – odległość od przewodnika, wyrażona w metrach
Podstawiając wartości do wzoru, otrzymujemy:
B = (4π * 10^-7 T*m/A) * 30000 A / (2 * π * 0,01 m) ≈ 0,06 T
Widać z tego, że pole magnetyczne wokół przewodnika wyniesie około 0,06 tesli (T), czyli 60 militesli (mT).
Obliczenia oparte na prawie Faradaya
A teraz pogłówkujmy jaki prąd wyindukuje się na przewodniku o długości 24 metrów rezystancji 10 omów włożony w pole magnetyczne 60 mT z prędkością zmian 0,02 s. Aby dokonać prawidłowego obliczenia, należy użyć prawa Faradaya, które mówi, że napięcie wyindukowane w przewodniku jest proporcjonalne do szybkości zmian strumienia magnetycznego, który przechodzi przez odgromówkę. Wzór na napięcie indukowane w obwodzie to:
ε = -dΦ/dt
ε – wyindukowane napięcie
Φ – strumień magnetyczny
dt – czas zmiany strumienia magnetycznego
minus przed wzorem oznacza, że wyindukowane napięcie jest przeciwnie skierowane do zmian strumienia magnetycznego.
Konkluzja sprawy
Strumień magnetyczny można obliczyć jako iloczyn pola magnetycznego, powierzchni przewodnika i cosinusa kąta między polem magnetycznym a płaszczyzną przewodnika. W tym przypadku cosinus kąta wynosi 1, ponieważ przewodnik (kable UTP) jest ułożony równolegle wzdłuż linii. Będzie to zatem wyglądało tak:
ε = 60/2 = -30 V napięcia
To oznacza, że podczas uderzenia pioruna obwód wyindukuje z drutu odgromowego napięcie o wartości JEDYNIE 30 woltów (V). Jeżeli nawet uderzenie pioruna będzie dwukrotnie wyższe niż średnia to przewody otrzymają napięcie wyindukowane 60 V! Czy taka wartość może uszkodzić kamery, które posiadają zasilanie POE 52 V? Odpowiedź brzmi – nie! Musimy pamiętać, że kamery są zasilane poprzez switch POE, który posiada zabezpieczania większego rodzaju niż napięciowe i zwarciowe.
foto: freepik
