Wieże odgromowe i wieże odgromowe to dwa typowe urządzenia w systemach elektroenergetycznych i instalacjach odgromowych budynków. Chociaż oba służą celom ochrony odgromowej, różnią się zasadniczo formą konstrukcyjną, mechanizmem działania i możliwymi scenariuszami.
Fizycznie wieża odgromowa charakteryzuje się jednym lub kilkoma metalowymi przewodnikami wzniesionymi nad chronionym obiektem. Przewody te są zwykle układane wzdłuż linii energetycznej i mocowane na dużej wysokości za pomocą wysokiej wieży nośnej. Sama konstrukcja wieży zazwyczaj nie służy jako główny punkt przechwytywania piorunów; jego podstawową funkcją jest podtrzymywanie przewodu odgromowego, tworząc osłonę powietrzną.
Z drugiej strony wieża przechwytująca pioruny wygląda jak zbiór wystających metalowych elementów, niezależnych lub przymocowanych do szczytu budynku. Typowe formy obejmują metalowe słupy, paski, siatki lub druty. Jego podstawową cechą strukturalną jest zbiór wielu ostrych punktów lub krawędzi; te struktury punktowe-mają preferencyjny wpływ na przestrzenne zniekształcenia pola elektrycznego. W przeciwieństwie do wież, które po prostu prowadzą linie napowietrzne, sama wieża odgromowa została zaprojektowana tak, aby bezpośrednio przechwytywać prądy piorunowe.
Na poziomie mechanizmu roboczego zasada działania wieży odgromowej zależy od jej wysokości montażu i obliczonego kąta osłony. Kiedy piorunochron z wiatrem rozwija się w dół, piorunochron wzniesiony nad chronioną linią lub obiektem, ze względu na swoje wyższe położenie, powoduje, że natężenie otaczającego pola elektrycznego najpierw osiąga wartość krytyczną dla przebicia powietrza, przyciągając w ten sposób lidera do siebie. Prąd piorunowy jest następnie kierowany do ziemi poprzez wieżę i system uziemiający. Proces ten zasadniczo pozwala na „przechwycenie” poprzez priorytet przestrzenny, chroniąc obszar poniżej.
Mechanizm roboczy wieży odgromowej skupia się bardziej na wykorzystaniu efektu zbierania zniekształceń pola elektrycznego. Gęstość ładunku w pobliżu metalowej końcówki jest znacznie wyższa niż na płaskiej powierzchni, co ułatwia jonizację powietrza w pobliżu końcówki i utworzenie lidera-skierowanego do góry w tych samych warunkach atmosferycznego pola elektrycznego. Ten lider w górę łączy się z liderem w dół, tworząc kompletny kanał wyładowczy. Jego skuteczność nie jest związana tylko z wysokością, ale także z liczbą, rozmieszczeniem i geometrią końcówek.
Jeśli chodzi o zastosowanie, systemy wież odgromowych służą przede wszystkim do ochrony obiektów liniowych, zazwyczaj linii przesyłowych wysokiego-napięcia. Zapewnia ciągły korytarz ochronny wzdłuż trasy linii, oferując wysoką efektywność ekonomiczną i skutecznie ograniczając liczbę wypadków związanych z potknięciami linii spowodowanych uderzeniami pioruna. Zasięg ochrony urządzeń odgromowych można obliczyć metodą toczącej się kuli lub metodą linii przerywanej, tworząc strefę ochrony-w kształcie paska.
Wieże odgromowe są częściej używane do kluczowej ochrony punktów lub obszarów-takich jak niezależne wieże komunikacyjne, obszary zbiorników ropy, budynki historyczne lub ważne obiekty. W zależności od obszaru, znaczenia i ryzyka uderzenia pioruna w chroniony obiekt, wieże odgromowe mogą być rozmieszczone jako pojedyncze wieże, wiele wież lub w układzie siatki. Ich konstrukcja musi kompleksowo uwzględniać promień ochrony, rezystancję uziemienia i izolację izolacji od chronionego obiektu.
Powszechnym błędnym przekonaniem na temat tych dwóch typów urządzeń jest to, że mogą one „eliminować” błyskawice. W rzeczywistości żadne urządzenie odgromowe nie jest w stanie zapobiec tworzeniu się chmur burzowych ani wyeliminować wyładowań atmosferycznych. Ich podstawową funkcją jest zapewnienie kontrolowanej ścieżki o niskiej-impedancji, która bezpiecznie kieruje ogromny prąd piorunowy do ziemi, zapobiegając przypadkowemu wybraniu przez niego ścieżki, która mogłaby uszkodzić sprzęt lub zagrozić bezpieczeństwu. Inną kluczową kwestią techniczną jest to, że niezależnie od rodzaju użytej wieży, należy ją stosować w połączeniu ze zróżnicowanym systemem uziemiającym o niskiej-impedancji, aby szybko rozładować prąd i wyrównać napięcie, zapobiegając wstecznemu błyskowi potencjału uziemienia.
W rzeczywistych zastosowaniach inżynieryjnych te dwa elementy nie wykluczają się wzajemnie. Na przykład podstacja może wykorzystywać wieże odgromowe do ochrony linii napowietrznych na jej dochodzącym końcu, instalując jednocześnie niezależne wieże odgromowe wokół ważnych obszarów sprzętu, takich jak transformatory i rozdzielnie w podstacji. To połączone zastosowanie zapewnia kompleksową ochronę od linii do obszaru podstacji. Jeśli chodzi o dobór materiału, szeroko stosowana jest stal ocynkowana ze względu na jej odporność na korozję i ekonomiczność, podczas gdy w niektórych przypadkach stosuje się stal lub stopy aluminium platerowane miedzią-, które mają specjalne wymagania dotyczące odporności na korozję lub przewodności.
Ochrona odgromowa to projekt systematyczny. Ponieważ różne typy odgromników, wybór technologii wież odgromowych i wież odgromowych ostatecznie zależy od cech geometrycznych chronionego obiektu, jego poziomu ważności, intensywności lokalnej aktywności burzowej i ograniczeń ekonomicznych. Zrozumienie ich odpowiednich zasad działania i obowiązujących granic ma fundamentalne znaczenie dla skutecznego projektowania ochrony odgromowej, którego podstawowym celem jest zarządzanie ryzykiem stwarzanym przez to zjawisko-wyładowań wysokoenergetycznych w przyrodzie poprzez wytyczne, a nie konfrontację.