Sobota, 5. 6. 2021, 18.38
3 leta, 6 mesecev
Sistem, ki bi nam lahko rešil telekomunikacijsko opremo
Kako preprečiti rušilne pohode strel
Termometer prikazuje, kako vroč je članek.
Termometer prikaže, kako vroč je članek.
2,41
2
Vodja področja sistema SCALAR Goran Milev in vodja področja razvoja sistema SCALAR in novih tehnologij Vladimir Djurica
Strele so največji sovražnik telekomunikacijske opreme – o tem se najbolj boleče prepričajo tisti, ki po nepričakovanem udaru ugotovijo, da njihov usmerjevalnik ali kakšen drug kos opreme ne deluje več. Kako se torej lahko najbolje ubranimo pred tem naravnim pojavom, preden se zgodi naravna nesreča?
Najbolj učinkovita obramba je izklop iz omrežja, a v nekaterih primerih si tega preprosto ne moremo privoščiti.
Sistem SCALAR in 13 merilnih postaj pokriva jadransko regijo.
Kako in zakaj nastanejo strele?
Strela je naravni električni pojav, ki ga sestavljata blisk in grom. Pogoj za nastanek strele so nevihtni oblaki, ki nastanejo ob zadostni količini vlage, kondenzacijskih delcev in toplote. Vertikalni vetrovi dvigajo vodne kapljice, ki udarjajo ob ledene delce v oblaku in pri tem izgubljajo elektrone, posledica je ločitev naboja. To privede do presežka elektronov (negativnega naboja) v spodnjem delu oblaka. V spodnjem delu nevihtnega oblaka je negativni naboj, v zgornjem delu pa pozitivni.
Ali je ta polarizacija nabojev dovolj za nastanek strele?
Poleg trkov k nastanku negativnega naboja pripomore tudi zmrzovanje vodnih kapljic ob dvigovanju. Zamrznjeni del kapljic ima negativni naboj, preostale vodne kapljice pa vetrovi dvignejo v zgornji del oblaka, ki je pozitivno nabit. Proces dviganja vodnih kapljic in zamrzovanja delcev privede do tega, da se v oblaku negativni naboj porazdeli v spodnjem delu oblaka, pozitivni naboj pa v zgornjem. Tako se med spodnjim in zgornjim delom oblaka pojavi dovolj veliko električno polje, da lahko nastane strela. Poleg tega negativni naboj na dnu oblaka s površja zemlje v globino odbije elektrone, tako da na površju ostane pozitivni naboj.
Senzorji in detektorji strel sistema SCALAR na različnih lokacijah jadranske regije - dva od 13 sta v Sloveniji, eden pri Novi Gorici in drugi pri Krškem.
Kako pa iz tega električnega polja nastane strela, ki pride do nas?
Za nastanek strele potrebujemo le še prevodnik. Ko električno polje med oblakom in zemljo ali znotraj oblaka doseže kritično vrednost, prevodnik postane kar zrak sam. Pri tako močnem električnem polju pride do ionizacije zraka, kar pomeni, da se elektroni ločijo od atomov in molekul v zraku in lahko prosto potujejo. To stanje imenujemo plazma. Pogosteje je električno polje v oblaku močnejše kot med oblakom in zemljo, zato se večina strel pojavi znotraj oblaka ali med oblakoma.
Kako hitro se to zgodi ali dogaja?
Udar strele ni hipen pojav, ampak je proces, ki se odvija po korakih v zelo kratkem času. Najprej nastane tako imenovani "lider", ki se iz spodnjega dela oblaka – negativne strele – ali zgornjega dela oblaka – pozitivne strele – začne širiti proti tlom.
Dodatek ene od starejših izvedb detektorja strel
Ali lahko napovemo, kako se bo širil?
Lider se širi tam, kjer ionizacija zraka lažje poteka, zato ima nenavadno obliko. Liderji oddajajo šibko vijoličasto svetlobo. Ko lider, ki se širi iz oblaka proti zemlji, išče svojo pot proti njej, se iz izpostavljenih delov zemlje proti oblaku začne dvigovati tako imenovani streamer, ki nosi pozitivni naboj. Ko se lider in streamer srečata, se med oblakom in zemljo vzpostavi prevodni kanal, skozi katerega elektrina iz oblaka steče v zemljo. Temu pojavu pravimo udar strele.
Kako intenzivne so lahko strele?
Pri tem v prevodnem kanalu tok zelo hitro naraste, tudi na nekaj sto kiloamperov. Poleg tega se zrak v kanalu zelo segreje, kar vidimo kot blisk. Segret zrak se tudi zelo hitro razširi, kar povzroči zvočni udarni val, ki ga slišimo kot grom in je v bližini udara strele lahko tudi uničujoč.
Štiri faze nastanka strelnega udara se zvrstijo skoraj v hipu.
Zakaj velikokrat opažamo več zaporednih udarov strel?
Prvemu udaru strele pogosto sledi še več udarov, saj ob prvem vsa elektrina iz oblaka navadno ne odteče. Tem udarom pravimo povratni udari, zanje pa je značilno, da elektrina iz oblaka odteče po istem prevodnem kanalu kot pri prvem udaru.
Ali te strele vedno udarijo na istem mestu?
Lokacija povratnega udara je običajno zelo blizu prvega, lahko pa se pojavi tudi do nekaj kilometrov stran od prvega udara. Vedno pa je čas med prvim in povratnimi udari zelo kratek, navadno le nekaj milisekund.
Rušilni učinki strele
Zakaj imajo strele tako uničevalen vpliv na elektronske naprave?
Elektronske naprave navadno delujejo na nizki napetosti in z majhnimi tokovi. To pomeni, da so tudi elementi teh naprav dimenzionirani za njihovo območje napetosti in toka. Ker je strela pojav, ki nazivno napetost in tok elektronskih naprav preseže tudi za nekaj tisočkrat, se zelo hitro zgodi, da kateri od elementov elektronske naprave take prenapetosti ne zdrži. To lahko privede do delnega uničenja, običajno na zaščitnih elementih, kot so varovalke, ali kar popolnega uničenja elektronske naprave.
Zakaj je računalniška in komunikacijska oprema najbolj občutljiva za udare strele?
Računalniška in komunikacijska oprema spada med elektronske naprave, ki niso dimenzionirane tako, da bi zdržale velike prenapetosti in tokovne udare, ki se lahko pojavijo ob udaru strele v bližino naprave. Navadno se ob udaru strele v bližino objekta, v katerem je taka naprava priključena, pojavi prenapetost, ta do naprave pride prek električnega ali telekomunikacijskega vodnika.
Tako so zaščito pred strelami načrtovali nekoč ...
Kako se uporabniki lahko zaščitimo pred to grožnjo?
Če je le mogoče, je smiselno take naprave ob nevihtah izklopiti iz električnega in telekomunikacijskega omrežja. Če to ni mogoče, priporočamo uporabo kakovostne prenapetostne zaščite, ki te naprave ščiti pred tovrstnimi prenapetostmi, ter dober ozemljitveni sistem z namenom, da odvede naboj strele. Dodati moramo, da tudi druge električne naprave postajajo vedno bolj občutljive za prenapetosti, ki jih povzročajo strele. Danes vse več naprav, na primer bela in siva tehnika, postaja vse bolj pametnih oziroma imajo vgrajene računalniške in komunikacijske sisteme, ki so zelo občutljivi za prenapetosti, njihova popravila pa so lahko zelo draga.
... tako pa zaščto pred strelami načrtujejo danes.
Kaj je najučinkovitejši način obrambe pred strelami?
Najučinkovitejša načina varovanja naprav pred poškodbami zaradi udara strel sta še vedno klasična strelovodna zaščita ter fizično izklapljanje naprav iz električnega in telekomunikacijskega omrežja. Če izklop naprav ni mogoč, je priporočljivo napravo priključiti na kakovostno prenapetostno zaščito, ta bo ščitila naprave pred prenapetostmi, ki se lahko pojavijo v električnem ali telekomunikacijskem omrežju. Vseeno pa tako ne bomo zaščitili naprav pred posledicami neposrednega udara strele v objekt. Za ščitenje naprav in objekta pred neposrednim udarom strele je smiselno na objekt namestiti strelovodno zaščito.
Nadzor parametrov za ustvarjanje "umetne strele"
Izklop je pogojno sprejemljiv, če nas ni doma (in nimamo storitve, ki mora teči ves dan, na primer pametni dom), a ko smo doma, je skoraj povsem nesprejemljiv za daljši čas. Kakšne so druge možnosti?
Če izklop naprave iz električnega in telekomunikacijskega omrežja ni mogoč, je najučinkovitejši način ščitenja naprav uporaba prenapetostne zaščite. Danes obstajajo tudi sistemi, ki lahko daljinsko izklapljajo nizkonapetostne naprave oziroma elektroniko. Za naprave, ki se zaradi svoje funkcije ne smejo izklapljati, priporočamo tudi uporabo naprav za brezprekinitveno napajanje (UPS), ki že same po sebi varujejo naprave pred prenapetostmi ter jih v primeru izpada električne energije napajajo s svojim akumulatorjem.
Vodja strokovne skupine za tehnologije in prenapetosti Simon Podkoritnik in vodja področja sistema SCALAR Goran Milev v visokonapetostnem laboratoriju
Kako pravzaprav napovedujejo strele?
Tako v Sloveniji kot tudi v svetu zaznavanje strel, podatki o njih in storitve, povezane s tem, postajajo vse pomembnejši. Vedno večja sta tudi zavedanje o njihovi nevarnosti in ozaveščenost o varovalnih ukrepih, ki jih lahko izvedemo za zmanjšanje posledic ob morebitnem udaru. V zadnjem času sta tako tehnologija za zaznavanje strel kot tudi poznavanje fizikalnega ozadja njihove pojavnosti zelo napredovala. Kljub temu pa je napovedovanje strel še vedno zelo težavno, saj je za uspešno in dovolj natančno napoved udara potrebno poznavanje vremenske pojavnosti na širšem inožjem območju, pomembna pa je tudi orografija (navpična oblikovanost) terena.
Kako natančne so te napovedi?
Na vremensko pojavnost, pojavnost neviht in s tem pojavnost strel pa vpliva veliko dejavnikov, ki jih moramo upoštevati ob napovedi udarov. Trenutno algoritmi za napovedovanje strel še niso tako razviti, da bi lahko z gotovostjo napovedali čas in lokacijo udara, mogoča je le od 30- do 60-minutna napoved za območje, široko nekaj deset kilometrov.
Visokonapetostni laboratorij, kjer med drugim ustvarjajo razelektritve, čim bolj podobne strelam v naravnem okolju.
Kako bi to lahko izboljšali?
Mogoče bomo v bližnji prihodnosti z razvojem umetnih inteligenc dobili algoritme, ki bodo sposobni v realnem času obvladovati ogromne količine vremenskih podatkov ter spontano napovedovati udare strel z večjo natančnostjo. Pred tem pa moramo seveda imeti izjemno dober merilni sistem različnih vremenskih podatkov na širšem območju, za katero bi napovedovali pojav strel.
Kdaj so udari strel najpogostejši?
Sistem SCALAR beleži udare strel in hrani podatke od leta 1997. Iz statističnih analiz je razvidno, da se največ strel pojavi v poletnih mesecih, ko so pogoji za nastanek neviht najugodnejši. Osnovni pogoji za nastanek nevihtnih oblakov so prisotnost velike količine vlage, višje temperature in večja količina kondenzacijskih delcev, kar se zgodi ravno v poletnih mesecih. Iz leta v leto se število strel stalno spreminja, saj pogoji za nastanek neviht niso vsako leto enaki.
Poletnio meseci prinašajo največjo nevarnost strel.
Število strel po letih, odkar jih beležimo na območju Slovenije, se drastično ne spreminja, v povprečju se zgodi do 60 tisoč udarov strel. Lahko pa rečemo, da je v zadnjih letih njihovo število malce upadlo, ampak še vedno ne moremo govoriti o statičnih spremembah pojavnosti strel. Njihovo skupno število je zelo odvisno od tega, kakšno je poletje. Če gre za vroče in sušno ali zelo deževno in razmeroma hladno poletje, se ne bo pojavilo veliko neviht ter z njimi strel. V obdobju ujm pa se ne pojavlja drastično večje število strel kot ob navadni nevihti.
Ali imate podatke o škodi, ki jo v Sloveniji povzročajo strele?
Podatkov o škodi, ki jo povzročijo udari strel, na EIMV ne beležimo. Te podatke zbirajo zavarovalnice, ki arhiv strel sistema SCALAR uporabljajo zadnjih dobrih deset let. Danes večina zavarovalnic na območju Slovenije arhiv strel uporablja samodejno, in sicer že ob prijavi odškodninskega zahtevka z vzrokom nastanka škode zaradi udara strele preverijo, ali je na lokaciji in ob času nastanka škode sistem SCALAR zabeležil udare strel. Če ti niso bili zabeleženi, lahko zavarovalnice tak odškodninski zahtevek zavrnejo. Zato je zelo pomembno, da si ljudje zapomnijo dan in – še boljše – uro nastanka škode zaradi udara strele z namenom, da korektno oddajo odškodninski zahtevek ter tako poenostavijo njegov postopek.
Vodja strokovne skupine za tehnologije in prenapetosti Simon Podkoritnik na enem od mobilnih visokonapetostnih laboratorijev njegove skupine
Kako ocenjujete zavest uporabnikov o varovanju elektronske opreme pred strelami?
V zadnjih letih smo na EIMV razvijali predvsem storitve, namenjene profesionalnim uporabnikom, v panogah, kot so gospodarstvo, komunikacija, elektroprenosna in distribucijska podjetja, energetika, promet. Taka podjetja imajo namreč svojo infrastrukturo neposredno izpostavljeno strelam, posledično pa lahko nastanejo visoki stroški obratovanja in vzdrževanja infrastrukture. Z uporabo storitev sistema SCALAR podjetja v navedenih panogah uspešno optimizirajo poslovne procese. Razvoj storitev za splošno uporabo smo začeli šele pred kratkim, zato trenutno ne moremo oceniti zavesti uporabnikov o varovanju elektronske opreme in naprav.
Sistem za preizkušanje visokonapetostne opreme na terenu z najvišjimi preizkusnimi napetostmi.
Ali se ta zavest v zadnjih letih izboljšuje in ali so že vidni otipljivi rezultati?
Opazili smo, da je z vse pogostejšim medijskim poročanjem o naravnih nesrečah, povezanih s posledicami neviht, in storitvijo Strela Alarm – to omogočajo Telekom Slovenije in zavarovalnice, ki pregledujejo arhiv strel ter poročajo svojim strankam, kako so sklenile odškodninski zahtevek na podlagi podatkov sistema SCALAR – pri ljudeh vedno več zanimanja za tovrstne podatke in storitve. Tudi gospodarske in gospodinjske zahteve namreč narekujejo vedno boljšo zanesljivost in varnost dobave električne energije in telekomunikacijskih storitev.
Del velikega visokonapetostnega laboratorija, kjer simulirajo strele.
Kdo bi še lahko izkoristil takšen sistem?
Seveda je še veliko rezerve pri primerih koristne uporabe storitev sistema SCALAR v širšem smislu. Zagotovo je pravočasno obveščanje o pojavnosti strel kot elementov nevihte zanimivo tudi za kmetijstvo, kjer bi lahko pravočasno izvedli preventivne ukrepe, ter za turizem z namenom preventivnega obveščanja gostov o nevihtnem vremenu.
2