बिजली की छड़ बिजली की छड़ी को नष्ट क्यों नहीं करती है?

Question

बिजली हमलों को बड़े पैमाने पर नुकसान का कारण माना जाता है । एक बिजली बोल्ट पर आँकड़े हैं:

वर्तमान स्तर कभी-कभी 400 केए से अधिक, 50,000 डिग्री फ़ारेनहाइट तक तापमान, और प्रकाश की गति के एक तिहाई तक पहुंच जाता है

ये बड़े पैमाने पर संख्या में हैं, लेकिन बिजली संरक्षण प्रणाली को इमारत या संरचना से बिजली को दूर खींचने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिसे वे संरक्षित कर रहे हैं। बिजली संरक्षण प्रणालियों को केवल बिजली की छड़ के रूप में केबल (डाउनकॉनटर) के माध्यम से जमीन से जुड़ा हुआ माना जा सकता है।

बिजली संरक्षण के लिए NOAA विनिर्देशन के लिए आवश्यक है कि बिजली की छड़ें कम से कम 0.5in (13 मिमी) व्यास की हों। डाउनकंटक्टर एक समान आकार की कॉपर केबल ( 4/0 AWG या 12 मिमी ) है। तार के इस प्रकार के लिए स्वीकार्य amperage केवल के बारे में है 250A निरंतर वर्तमान के लिए। मुझे एहसास है कि यह तात्कालिक वर्तमान क्षमता सीमा के बजाय गर्मी सीमा से अधिक है।

बिजली संरक्षण पर इस पत्र से (पृष्ठ 28):

एक बिजली संरक्षण प्रणाली के संचालन पर सकारात्मक प्रतिक्रिया शायद ही कभी प्रलेखित है और सबसे अधिक बार देखा भी नहीं है। केवल कुछ दुर्लभ मामलों में ही यह प्रलेखित किया जा सकता है कि बिजली की सुरक्षा प्रणाली पर प्रहार किया गया है यदि यह ठीक से काम करती है और कोई क्षति नहीं हुई है। स्ट्राइक टर्मिनेशन पॉइंट पर कभी-कभी ऐसे साक्ष्य मिलते हैं, जिन्हें सावधानीपूर्वक निरीक्षण के दौरान नोट किया जा सकता है, लेकिन इस तरह के सावधानीपूर्वक निरीक्षण के लिए आवश्यक विशेषज्ञता प्राप्त करने के लिए बिजली संरक्षण प्रणाली के मालिक के लिए यह शायद ही लागत प्रभावी है।

धातु का प्रतीत होने वाला छोटा 0.5in (13 मिमी) का टुकड़ा पूरी तरह से नष्ट होने के बिना बहुत कम या कोई दिखाई देने वाली क्षति के साथ एक बिजली की हड़ताल को कैसे संभाल सकता है?

Comments

एक ठोस आधा इंच की छड़ बहुत अधिक वर्तमान और गर्मी का सामना कर सकती है!

— पॉल

Answer 1

एक तार के लिए वर्तमान सीमा विनिर्देश उस गर्मी से सीमित होता है जो वर्तमान का उत्पादन करेगा, और बहुत अधिक गर्म होने से पहले तार कितना गर्म हो सकता है। "बहुत गर्म" परिस्थितियों पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, आप घरेलू प्रतिष्ठानों के लिए विद्युत कोड की अनुमति से चेसिस वायरिंग अनुप्रयोगों में एक ही प्रकार के तार के लिए उच्च वर्तमान रेटिंग देखेंगे। यह ज्यादातर गर्म होने के कारण होता है। चरम अनुप्रयोगों के लिए अंतिम सीमा यह है कि कंडक्टर पिघल नहीं करता है। किसी भी जगह के आस-पास के तापमान एक घर में एक दीवार के अंदर लकड़ी के समर्थन के साथ चलने वाले असुरक्षित होंगे।

जैसा कि आप कहते हैं, तार 250 ए निरंतर के लिए रेटेड है । लाइटनिंग निश्चित रूप से निरंतर नहीं है। 1 एमएस मुख्य बिजली स्ट्रोक के समय के लिए "लंबा" है। एक घटना में कई स्ट्रोक हो सकते हैं, लेकिन कुल समय अभी भी कम है, और अन्य गैर-मुख्य स्ट्रोक में काफी कम वर्तमान होगा।

आकलन करो। आप कहते हैं कि तार 12 मिमी व्यास का है, इसलिए 113 मिमी wire = 113x10 ^-6 वर्ग मीटर का एक क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र है । 20 डिग्री सेल्सियस पर तांबे की प्रतिरोधकता 1.68x10 ^-8 atm है। इसलिए इस तार की लंबाई 1 मीटर है

(1.68x10 ^-8 8m) (1 m) / (113x10 ^-6 m =) = 149 8

इस प्रतिरोध के साथ 400 kA की शक्ति तब होती है:

(400 kA) ² (149 µΩ) = 23.8 मेगावाट

1 एमएस समय वर्तमान लागू किया जाता है ऊर्जा की पैदावार:

(२३. k मेगावाट) (१ एमएस) = २३. (केजे

तांबे का घनत्व 8.93 g / cm³ है, और हमारी 1 मीटर लंबाई में 113x10 ^-6 m³ की मात्रा है , जो कि 113 is which 8.9 8.9 है।

(113 सेमी³) (8.93 ग्राम / सेमी³) = 1010 ग्राम तांबे का कुल द्रव्यमान

तांबे की विशिष्ट गर्मी 0.386 J / g ° C है।

(23.8 kJ) / (0.386 J / g ° C) (1010 g) = 61 ° C

इसका मतलब है कि 1 एमएस के लिए 12 मिमी व्यास वाले तांबे के तार के माध्यम से 400 केए डालने से तापमान 61 ° C बढ़ जाएगा। यह एक बिजली की हड़ताल के लिए एक चरम मूल्य है। मुख्य स्ट्रोक आमतौर पर 1 एमएस से काफी कम होता है, और अन्य स्ट्रोक में काफी कम करंट होता है। हालांकि, इन नंबरों के साथ भी यह दर्शाता है कि जबकि तार निश्चित रूप से थोड़ी देर के लिए टोस्ट हो जाएगा, यह किसी भी संरचनात्मक विफलता के बिना तार की क्षमता के भीतर अच्छी तरह से है।

Comments

वर्थ नोटिंग कि केबल की वर्तमान क्षमता पर सीमित कारक आमतौर पर इन्सुलेशन की विफलता है - कंडक्टर नहीं। उस ने कहा, केबल इन्सुलेशन आमतौर पर 75 या 90 डिग्री सेल्सियस पर निरंतर मूल्यांकन किया जाता है । तांबा तुरंत प्रभावी ढंग से गर्म हो जाएगा और गर्मी फिर इन्सुलेशन से फैल जाएगी।

— डेल एम

@ डेल, क्या नीचे के कनेक्टर आमतौर पर अछूते रहते हैं? यहाँ ब्रिटेन में वे अक्सर असंक्रमित फ्लैट कॉपर स्ट्रिप्स कहते हैं 25 × 6 मिमी, जिस मामले में इन्सुलेशन तापमान रेटिंग कोई समस्या नहीं है।

— क्रिस एच।

@ क्रिसच ​​हां, यह एक तरीका है। ऊंची इमारतों के लिए, आप एक सिंगल डाउन कंडक्टर के साथ एक अट्रैक्टर का उपयोग कर सकते हैं जो अछूता है, कम से कम ऑस्ट्रेलिया में।

— डेल एम

@ डेल मेला काफी - मैं विशेषज्ञ नहीं हूं और मैं वैसे भी ऊंची इमारतों के बारे में नहीं सोच रहा था।

— क्रिस एच

Answer 2

[यह एक जवाब के रूप में शुरू हुआ। लेकिन गणना ने परिमाण के 3 आदेशों को समाप्त कर दिया।
तो, यह एक टिप्पणी के अधिक है, मुझे लगता है। ]

$5 \cdot 10^9 \text{J}$

$10.13 \text{ kg}$
$\text{0.385} \frac{\text{kJ}}{\text{kg °C}}$$1083 \text{°C}$$4.05 \cdot 10^5 \text{J}$
$\text{213} \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$2.13 \cdot 10^6 \text{J}$

मैंने एक धारणा बनाई है कि बिजली की सभी ऊर्जा रॉड में घुल जाती है। लेकिन, मुझे नहीं पता कि यह एक धारणा है।

¹ _{भले ही इसमें बहुत उच्च शिखर शक्ति और वर्तमान हो।}
² _{स्रोत}
³ _{Preece और Onderdonk कौन थे? प्रारंभिक (1880, 1928) के बारे में लेख समीकरणों का वर्णन करता है जो तार को पिघलाने का कारण बनते हैं।}

Comments

मुझे लगता है कि बिजली की हड़ताल की कुल ऊर्जा का केवल एक छोटा सा हिस्सा ही छड़ में होता है। बिजली के साथ-साथ हर जगह करंट समान होता है, इसलिए प्रत्येक स्थान पर घुलने वाली ऊर्जा कंडक्टर के प्रतिरोध के समानुपाती होगी। आयनित हवा के कुछ मील में तांबे के तार के कुछ 10 मीटर से अधिक प्रतिरोध होना चाहिए।

— ओलिन लेथ्रोप

ऊर्जा के थोक को जमीन में छुट्टी दे दी जाती है।

— डेल एम