Paratores Fulminis: Evolutio Materiales et Protectio a Fulmine Explicata

Fulmina et Eorum Evolutio

Fulmen semper in parallelo cum apparatu electrico, quem protegit, connectitur. Non interfert cum normali operatione apparati ad tensionem systematis. Tamen, quando periculosa supra-tensio appareat super apparatum, fulmen primum conducit, sic supra-tensionem in terram secure devolvendo.

Prima et simplicissima forma fulminis constabat ex duobus metallis virgis, quibus interiecta erat hiatus, et in parallelo cum apparatu electrico connectebatur. Quando tensio trans hanc hiatum certum limen superasset, aer (hiatus) collaberetur, sic apparatum protegens. Huiusmodi fulmen "expulsio hiatus" vel "protectivus hiatus" vocatur.

Phenomenon fulminis simile est: nubes tonitruantes et terra sicut duo conductores (electrodes) agunt. Quando tensio inter eos nimis alta fit, aer inter eos collabitur, fulmine resultante.

Tamen, differentia crucialis est. Hiatus protectivi directe trans lineas electricas connectuntur. Cum periculosa supra-tensio faciat ut hiatus collapsus sit (id est, aer inter virgas ionizetur), planta electrica vel substation non huius eventus conscia est—vel celeriter reagere non potest. Proinde, continuat currentem ad nunc-conducens hiatus supplendo. Quia hiatus viam ad terram praebet, hic currentis perpetuo fluit, causans circuitum brevem in systemate electrico. Itaque, licet hiatus protectivi sint simplices ad usum, operatio eorum arcum perpetuum trans hiatus creat, ducens ad conditionem circuitus brevis.

Quomodo arcus trans hiatus protectivum celeriter post operationem extingui possit? Hoc ad secundam generationem fulminis—fulmen expulsionis (vel tubi)—duxit. Hoc designat primo arcum intra tubum confinat, deinde methodos ad extinguendum ipsum adhibet.

Tamen, fulmina expulsionis adhuc defectum habent: sive arcus extinguendi potentia habeant, adhuc currentem systematis electrici directe ad terram deflectunt, momentaneam culpam terrae (circuitum brevem) causantes.

Soluto idealiter esset res, quae currentem impediret vel tantum minimam fuga permittat sub normali tensione, sic circuitus breves evitando, sed celeriter magnos fluctus (sicut fulmen) ad terram conducat, quando periculosae supra-tensiones occurrunt. In verbis simplicibus, talis res sicut "intelligentis commutator" ageret, scilicet exacte quando aperire et claudere deberet. In fulminibus, huiusmodi "intelligentis commutator" initio per materiam, quae silicium carbide (SiC) vocatur, realis est. Fulmina, quae ex hac materia facta sunt, fulmina valvularia vocantur, quia sicut valves electricae agunt.

Importante notare, huius "valva" est component electricus, non valva mechanica sicut canalis aquae. Valvae mechanicae nimis lentes sunt ad respondendum fulmini, quod in microsecondis percussit. Potius, valva electrica ex resistente non-lineari requiritur. Silicium carbide fuit prima materia non-lineari inventa pro usibus alti-voltai.

Technologia continue evoluit. Secunda materia non-lineari deinde inventa est pro fulminibus: zinc oxidum (ZnO). Id similem functionem ad silicium carbide, sed meliores "valvarum" characteres exhibet—professionaliter dictum, habet meliorem non-linearitatem.

Quid est non-linearitas? Figurate, id significat oppositum facere: esse parvum, cum magnum esse debet, et magnum, cum parvum esse debet—dissimiliter componentibus linearibus, qui proportionaliter scalantur.

In fulminibus, non-linearitas sic manifestatur: quando currentis magnus est (sicut in fluctu fulminis), resistens nimis parvus fit, et quanto parvior resistens, tanto melior non-linearitas. Quando currentis parvus est (post fluctum fulminis cessavit et systema ad normalem tensionem operativam rediit), resistens nimis magnus fit, et quanto maior resistens, tanto melior non-linearitas.

Silicium carbide non-linearitatem exhibet, sed non perfectum est. Sub normali tensione operativa, eius resistens non satis magnus est, parvum currentem fugae per fulmen permittens—sicut valva, quae non strictim claudit, continuam "guttationem" currentis efficiens.

Hoc comportamentum intrinsecum materiae est, et conatus ad eliminandum hanc fugam per meliorationem materiae paene infructuosae fuerunt. Proinde, cum silicium carbide in fulminibus adhibetur, solutiones structurales adhibentur: fulmen initio ab linea isolatur et solum durante fluctu connectitur. Hoc opus per hiatus aeris serie adimpleri solet. Ergo, fulmina valvularia fere semper hiatus requirunt. Contrario, valvae zinc oxidum "strictim claudunt" sub normali tensione operativa, ita hiatus serie non requirunt.

Cum technologia fabricationis zinc oxidum meliorata est, initiales limites in "clausura" superati sunt. Tamen, propter frequentiam designorum hiatus, quaedam fulmina zinc oxidum adhuc hiatus habent. Tamen, fulmina sine hiatus zinc oxidum plerumque majoritatem constituunt.

Cum zinc oxidum sit metal oxidum, haec fulmina etiam Metal Oxide Surge Arresters (MOSA) vocantur.

Proteccio Fulminis in Systematibus Electricis

Ex perspectiva rerum protectionis fulminis, tres principes existunt: fulmina (terminales aeris), fili conductores (filii defensivi), et fulmina. Primi duo structura simplices sunt—essentie tantum virgi et fili—tertius autem complexior est ob suam dependenciam a resistoribus non-lineari, qui sicut "intelligentes commutatores" agunt.

Ex perspectiva objectorum protectorum, proteccio fulminis categorizari potest in: protectionem lineae transmissionis, protectionem stationis, et protectionem motorum.

Lineae superaeres vastas distancias extendunt, in locis apertis exposita. Ut impactum terrestri vita et ecosystemis minuat, ad alturas significatas eriguntur. Sicut dicitur, "arbor altissima plus ventus capio," eas primarias metas fulminis facit. Statistica demonstrant, quod plures casus failure grid electrici a fulminibus in lineas percussis causantur. Proinde, lineae superaeres protegi debent. Tamen, ob longitudo, absoluta proteccio impracticabilis et prohibitiva est. Ergo, proteccio lineae relativa est: aliqui fulminis permituntur lineam percussisse et flashovers causare. Haec proteccio principaliter per filios conductores adimpleri solet.

Contrario, stationes multo criticiores sunt. Sicut nodi systematis electrici, concentra equipmenta et personale habent. Proinde, eorum requisiti proteccionis fulminis maximi sunt.

Fulmen statio attingere potest per duas vias principales: percussiones directas, mitigatas per fulmina (vel interdum filios defensivos); et fluctus propagantes a fulminibus in lineis transmissionis, quae principaliter per fulmina geruntur.

Proteccio fulminis motorum (includens generatores, condensatores synchroneos, changers frequenciae, et motrices electricas) tam critica est sicut proteccio stationis. Generatores sunt "cor" systematis electrici, et magni motrices vitales impulsores industriales sunt. Damna fulminis his componentibus graves perdas efficiunt. Tamen, proteccio motorum difficiliore est quam proteccio stationis. Motrices sunt machinae rotantes, ita insulatio eorum non nimis crassa esse potest et solidam esse debet (non sicut insulatio liquida in transformatoribus). Insulatio solida senescere pronum est, necessitans non solum primariam proteccionem per fulmina, sed etiam meas auxiliares protectivas.

Fulmina Zinc Oxidum Composita Habitatione

Fulmen est res electrica cum duobus electrodibus—unus saepius ad terram connectus et alter ad altam tensionem—separatis per material insulantem, professionaliter insulator vocatum.

Cum plura equipmenta systematis electrici atmosphaerae exponeantur, superficies insulantes directe contactu cum ambiente sunt. Haec pars insulantis externa insulatio vel insulatio externa vocatur.

Insulatio externa semper solis, pluviae, venti, nivis, nebulae, et rosae exponebatur. Proinde, materiae insulantes externae qualificatae non solum excellentes proprietates electricas et mechanicas, sed etiam superiora resistencia climatica et vita utilitatis 40-50 annos demonstrare debent. Nunc, porcellana est materia insulantis externae maximopere in ingenieria adhibita, cum vitro temperato etiam in applicationibus linealibus adhibito.

Porcellana et vitrum sunt materiae inorganicae. Praeter excellentes proprietates electricas et mechanicas, earum principale beneficium est stabilitas environmentalis—eximia resistencia conditionibus climaticis—quod eas dominari insulanti externae systematis electrici prope centenum annum fecit.

Tamen, commune defectum habent: superficies eorum hygroscopicae sunt. Hoc stratum pollutionis in superficie insulatoris humorem absorbere sinet. Quando pollutio cum humore coniungitur, currentem fluere permittit, potentialiter causans flashover super superficiem insulatoris sub normali tensione operativa. Hoc vulgo pollution flashover, specificius, emissio superficiale super insulator pollutus et humidus nominatur.

In recentibus decenniis, caoutchouc silicone rubber universaliter adhibitus est pro substitutione materialium traditionarium pro insulatoribus. Caoutchouc silicone rubber est materia organica, ostendens fortiter hydrophobicam, significanter augmentans tensionem pollutionis flashover insulantis externae.

Insulatores ex materialibus organicis saepe insulatores polymericos (cum materialia organica sint polymers), insulatores non-ceramicos, insulatores compositos (quia insulatio externa syntheticus est), vel etiam insulatores plasticos extraneis nominantur.

In China, prius insulatores compositos vel insulatores caoutchouc silicone rubber nominabantur. Nunc uniformiter insulatores organici compositi (quia materialia organica composita sunt, et hi insulatores saepe ex composite caoutchouc silicone rubber et baculo epoxy-resina-fibra vitrea constat) nominantur, communiter abbreviati insulatores compositi.

Itaque, fulmen zinc oxidum composita habitatione utitur materia organica—specificius caoutchouc silicone rubber—pro insulatio externa fulminis zinc oxidum.