Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Αθανασίου Σταμάτη Αριθμός Μητρώου: 6379 Θέμα «Καταγραφή συμβάντων από κεραυνούς στον Ελλαδικό χώρο για την περίοδο » Επιβλέπουσα Ελευθερία Πυργιώτη Επίκουρη Καθηγήτρια Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Ιανουάριος 2015

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Καταγραφή συμβάντων από κεραυνούς στον Ελλαδικό χώρο για την περίοδο » Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Αθανασίου Σταμάτη του Παναγιώτη Αριθμός Μητρώου: 6379 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Η Επιβλέπουσα Ελευθερία Πυργιώτη Επίκουρη Καθηγήτρια Ο Διευθυντής του Τομέα Αντώνιος Αλεξανδρίδης Καθηγητής

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Καταγραφή συμβάντων από κεραυνούς στον Ελλαδικό χώρο για την περίοδο » Φοιτητής: Αθανάσιος Σταμάτης Επιβλέπουσα: Ελευθερία Πυργιώτη Περίληψη Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η στατιστική ανάλυση των πληγμάτων των κεραυνών στην Ελλάδα κατά τα τελευταία τέσσερα χρόνια ( ). Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το φαινόμενο του κεραυνού, τα είδη των κεραυνών και τα φυσικά χαρακτηριστικά του, ενώ στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι επιπτώσεις των κεραυνών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον ηλεκτρονικό κυρίως τύπο της χώρας, και τα οποία σχετίζονται με τους θανάτους και τους τραυματισμούς ανθρώπων, τους θανάτους ζώων, τις πυρκαγιές και τα πλήγματα σε εγκαταστάσεις, κτήρια και αεροπλάνα που οφείλονται σε πτώσεις κεραυνών για την χρονική περίοδο που εξετάστηκε. Τα στοιχεία έχουν κατανεμηθεί σε έτη, μήνες και ημέρες των συμβάντων. Επιπλέον, εισάγεται ο σχετικός συντελεστής θανάτων από κεραυνούς D r, ο οποίος εκφράζει το σχετικό αριθμό θανάτων εξαιτίας κεραυνού σε μια χώρα ή περιοχή λαμβάνοντας υπ όψιν τον πληθυσμό, την έκταση και την δραστηριότητα των κεραυνών (N g ). Αυτός ο συντελεστής θα μπορούσε να είναι ένα κριτήριο για την αποτελεσματικότητα των μέτρων προστασίας από κεραυνούς, καθώς και για τα αποτελέσματα των εκπαιδευτικών και ενημερωτικών εκστρατειών για την προστασία από τους κεραυνούς. Από την ανάλυση των δεδομένων για τους θανάτους ανθρώπων εξαιτίας κεραυνού συμπεράναμε ότι έχουμε ένα μέσο όρο των 2,25 απωλειών ανά έτος (9 απώλειες συνολικά) και ότι το 77,8% των συμβάντων σημειώθηκαν κατά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου (Μάιος-Σεπτέμβριος), με τον Σεπτέμβριο να είναι ο μήνας με τα περισσότερα συμβάντα. Όσον αφορά τους τραυματισμούς από κεραυνικά πλήγματα, έχουμε ένα μέσο όρο των 3,75 τραυματιών ανά έτος, με το 40% των συμβάντων να τοποθετείται χρονικά κατά τη διάρκεια των μηνών του μεσοκαλόκαιρου, και με τον Νοέμβριο να είναι ο «χειρότερος», σε πλήθος περιστατικών, από τους δώδεκα μήνες. Κατά την τετραετή περίοδο καταγράφηκαν 979 θάνατοι ζώων σε μόλις 9 περιστατικά κεραυνικών πληγμάτων, με τον μέσο όρο να ανέρχεται σε 244,75 θανάτους ζώων ανά έτος. Το 60,2% των θανάτων αυτών σημειώθηκε τον Αύγουστο, ενώ συνολικά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου σημειώθηκε το 96,2% των θανάτων ζώων. Οι πυρκαγιές που σημειώθηκαν ήταν 45, αριθμός που αντιστοιχεί σε έναν μέσο όρο 11,25 πυρκαγιών ανά έτος, με το 62,2% αυτών να είναι δασικές. Το μεγαλύτερο ποσοστό των πυρκαγιών σημειώθηκαν κατά τους μήνες του

4 μεσοκαλόκαιρου (73,4%). Ο μέσος όρος των πληγέντων εγκαταστάσεων από κεραυνό ανήλθε σε 9,5 ανά έτος (38 συμβάντα συνολικά), με τα περισσότερα περιστατικά να έχουν καταγραφεί τον Οκτώβριο. Τα κτήρια τα οποία επλήγησαν από κεραυνό ανήλθαν σε 23 με μέσο όρο 5,75 ανά έτος. Επιπλέον, καταγράφηκαν 5 κεραυνικά πλήγματα σε αεροσκάφη κατά την τετραετία που εξετάσθηκε, με το 80% των πληγμάτων να έχουν καταγραφεί κατά τους μήνες που έχουμε τις περισσότερες καταιγίδες στην Ελλάδα. Επίσης, έγινε η κατανομή των συμβάντων όλων των κατηγοριών στις ημέρες της εβδομάδος, χωρίς όμως να βγει κάποιο ενδιαφέρον συμπέρασμα. Τέλος, στο παράρτημα παρουσιάζονται λεπτομερώς τα συμβάντα, όπως καταγράφηκαν από την εκάστοτε πηγή.

5 Abstract This project presents the statistical analysis of lightning strikes in Greece over the last four years ( ). The first chapter describes the phenomenon of lightning, types of lightning and its natural features, while the second chapter outlines the implications of lightning. The third chapter analyses the data, that were collected mainly from the country s electronic media, concerning deaths, injuries, animal deaths, fires, strokes at facilities, structures and airplanes due to lightning for the time period examined. The data are based on distribution in years, months and days of occurrence. Furthermore, the relative lightning death indicator D r is introduced, that expresses the relative number of lightning deaths in a country or region taking into account its population, its area and the lightning activity N g. This indicator could be a criterion for the effectiveness of lightning protection, and for the outcomes of education and information campaigns for the protection from lightning. From the data analysis on lightning deaths we have concluded an average of 2.25 casualties per year (9 total loss) and that 77.8% of the incidents occurred during the months of Midsummer (May-September), with September being the month with most deaths. Regarding injuries from lightning strikes, we have an average of 3.75 injuries per year, while 40% of incidents have taken place during the months of Midsummer, and November being the "worst" of the twelve months in number of incidents. During the four-year period, 979 animal deaths were recorded in just 9 incidents of lightning strikes, with the average standing at animal deaths per year. 60.2% of these deaths occurred in August, while during the months of Midsummer occurred 96.2% of total animal deaths. The fires that occurred were 45, corresponding to an average of fires per year, with 62.2% of them being forest fires. The majority of fires occurred during the months of Midsummer (73.4%). The average of affected facilities from lightning reached 9.5 per year (38 incidents in total). The most incidents have been recorded on October. The structures which were hit by lightning amounted to 23 with an average of 5.75 per year. Moreover, 5 lightning strikes to aircraft were recorded over the four years examined, with 80% of these strikes occurring during the months that we have the most storms in Greece. The distribution of events of all categories in the days of the week is also presented, but we did not get to an interesting conclusion. Finally, in the annex the events are presented in details, as recorded by each source.

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥ ΚΑΙ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ Η ηλεκτρική κατάσταση της γης Η ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου Είδη κεραυνών Ο Μηχανισμός του κεραυνού Παράμετροι ρεύματος κεραυνού Συχνότητα με την οποία συμβαίνουν κεραυνοί... 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΕΡΑΥΝΩΝ Θερμικές επιπτώσεις Μηχανικές επιπτώσεις Ηλεκτρικές επιπτώσεις Επιπτώσεις στον άνθρωπο Επιπτώσεις στα αεροσκάφη Επιπτώσεις στα δέντρα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟ ΣΤΟΝ ΕΛΛΑΔΙΚΟ ΧΩΡΟ Στατιστική ανάλυση των θανάτων εξαιτίας κεραυνών Σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό Υπολογισμός του σχετικού συντελεστή θανάτου από κεραυνό Dr των γεωγραφικών περιοχών της Ελλάδας Στατιστική ανάλυση των τραυματισμών εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των θανάτων ζώων εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πυρκαγιών εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πληγέντων εγκαταστάσεων εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πληγέντων κτηρίων εξαιτίας κεραυνών Στατιστική ανάλυση των πληγέντων αεροπλάνων εξαιτίας κεραυνών Συμπεράσματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... 55

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥ ΚΑΙ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ Ο κεραυνός είναι ένα από τα πιο συχνά εμφανιζόμενα φυσικά φαινόμενα στη γη. Πρόκειται για μια ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση μεταξύ ενός ηλεκτρικά φορτισμένου σύννεφου και της επιφάνειας της γης. Στην αρχαιότητα οι άνθρωποι μην μπορώντας να κατανοήσουν το φαινόμενο του κεραυνού, προσέδιδαν σε αυτό χαρακτηριστικά θεϊκών δυνάμεων. Οι αρχαίοι Έλληνες απέδιδαν την εμφάνιση των κεραυνών στην οργή του Δια, ενώ σύμφωνα με την σκανδιναβική μυθολογία οι κεραυνοί δημιουργούνταν όταν ο θεός Θωρ χτυπούσε το σφυρί του στο αμόνι. Παρά το γεγονός ότι κατά καιρούς είχαν γίνει πολλές προσπάθειες για να ερμηνευθεί το φαινόμενο του κεραυνού, μόλις το 1752 ο Βενιαμίν Φραγκλίνος κατόρθωσε με το διάσημο πείραμα του χαρταετού να αποδείξει την φυσική υπόσταση του φαινομένου. Έκτοτε το φαινόμενο έχει μελετηθεί σε πολύ μεγάλο βαθμό και έχουν προταθεί διάφοροι μηχανισμοί για την ερμηνεία του. Στο κεφάλαιο αυτό θα παρουσιαστούν οι μηχανισμοί που οδηγούν στην δημιουργία των κεραυνών καθώς και τα χαρακτηριστικά του ίδιου του φαινομένου. 1.1 Η ηλεκτρική κατάσταση της γης Η γη εμφανίζεται μόνιμα φορτισμένη με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο της τάξης των C. Το φορτίο αυτό προκαλεί στην επιφάνεια της γης, υπό συνθήκες καλοκαιρίας, ηλεκτρικό πεδίο με την κατεύθυνση από την ατμόσφαιρα προς τη γη με ένταση περίπου 0,13 KV/m. Ισοδύναμη ποσότητα θετικού φορτίου παραμένει κατανεμημένη στην ατμόσφαιρα με μεγαλύτερη πυκνότητα στα χαμηλότερα στρώματα. Η παρουσία του κατανεμημένου θετικού φορτίου έχει ως αποτέλεσμα τη προοδευτική μείωση του πεδίου της γης με το ύψος. Εξαιτίας αυτού του κατακόρυφου πεδίου η γη βρίσκεται συνεχώς σε τάση 300KV σε σχέση με τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Ιονισμένα σωματίδια και των δύο προσήμων που παράγονται από κοσμική ακτινοβολία, γήινη ραδιενέργεια και άλλες αιτίες, προσδίδουν στον αέρα ορισμένη αγωγιμότητα που εξαρτάται από το ύψος από την επιφάνεια του εδάφους. Εξαιτίας της αγωγιμότητας αυτής και του ηλεκτρικού πεδίου της ατμόσφαιρας, ιόντα των δύο προσήμων κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό θα είχε σαν αποτέλεσμα την εξομάλυνση του γήινου πεδίου και κατά συνέπεια την εκφόρτιση της γης. Το γεγονός πως αυτό δεν συμβαίνει, αποτελεί ένδειξη πως η γη τροφοδοτείται ταυτόχρονα με αρνητικό φορτίο ισοδύναμο με αυτό που δέχεται από το ρεύμα των θετικών ιόντων. Πιστεύεται πως η κύρια πηγή που τροφοδοτεί τη γη με αρνητικό φορτίο είναι τα ηλεκτρισμένα νέφη και οι κεραυνοί. [1] 1

8 1.2 Η ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου Ένα ηλεκτρισμένο νέφος συμπεριφέρεται συνήθως σαν ένα ηλεκτρικό δίπολο με το αρνητικό μέρος στο κάτω μέρος του και το θετικό στο άνω. Ένα νέφος πιστεύεται ότι φορτίζεται με δύο τρόπους: α)με ανοδικά ρεύματα αέρα που οφείλονται σε θερμοκρασιακές διαφορές. β)με την φόρτιση των σταγονιδίων όταν το νέφος πέφτει προς την γη. Στην κατάσταση κακοκαιρίας, δηλαδή όταν έχουμε ηλεκτρισμένα νέφη, το ηλεκτρικό πεδίο αναστρέφεται και έχει κατεύθυνση από τη γη προς την ατμόσφαιρα φτάνοντας μέχρι και τα 10KV/cm. Όταν ξεπεράσει τα 3KV/m τότε λαμβάνει χώρα η διηλεκτρική διάσπαση του αέρα. Αυτή είναι μια ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση (σπινθήρας) ανάμεσα στο ηλεκτρισμένο νέφος και την επιφάνεια της γης και ονομάζεται κεραυνός. Το μήκος του κεραυνού φτάνει ως αρκετά χιλιόμετρα και έχει τεθλασμένη ή κυματοειδή μορφή. [1] Σχήμα 1.1:Τυπικό παλμογράφημα του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια της γης κατά τη διάρκεια ηλεκτρικής καταιγίδας. Οι θετικές τιμές του πεδίου αντιστοιχούν στην κατεύθυνση του πεδίου καλοκαιρίας. [1] 2

9 1.3 Είδη κεραυνών Ο κεραυνός ξεκινάει από σημεία υψηλής πεδιακής έντασης. Δύο ετερόσημα φορτία μέσα στο ίδιο σύννεφο ή δύο γειτονικά σύννεφα δημιουργούν, στο διάστημα που παρεμβάλλεται μεταξύ τους, υψηλές πεδιακές εντάσεις που μπορούν να προκαλέσουν μία εκκένωση εσωτερικά του νέφους ή ανάμεσα σε δύο σύννεφα. Συγκέντρωση φορτίου ενός προσήμου σε μία θέση του νέφους και το φορτίο αντίθετου προσήμου, που επάγεται εξαιτίας του στο έδαφος, δημιουργούν ανάμεσα στο νέφος και το έδαφος μία ζώνη αυξημένων πεδιακών εντάσεων. Οι υψηλότερες εντάσεις μέσα στη ζώνη αυτή μπορεί να αναπτύσσονται είτε κοντά στο νέφος είτε στην περίπτωση που το έδαφος παρουσιάζει μία σημαντική προεξοχή στην πλευρά του εδάφους. Στην πρώτη περίπτωση, η ενδεχόμενη εκκένωση που θα επακολουθήσει θα αρχίσει από το νέφος (με έναν κατερχόμενο οχετό εκκένωσης) ενώ στη δεύτερη από το έδαφος (με έναν ανερχόμενο οχετό εκκένωσης). Έτσι διακρίνουμε τέσσερις περιπτώσεις έναρξης του οχετού προεκκένωσης του κεραυνού: α)ο «κατερχόμενος αρνητικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. β)ο «ανερχόμενος θετικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. γ)ο «κατερχόμενος θετικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. δ)ο «ανερχόμενος αρνητικός οχετός» προεκκένωσης που αρχίζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. Αν ο οχετός προεκκένωσης που αναπτύσσεται με έναν από τους τέσσερις πιο πάνω τρόπους διαχωρίσει το διάκενο σύννεφο-γη, επακολουθεί ο οχετός επιστροφής και έτσι ολοκληρώνεται ένας από τους τέσσερις τύπους κεραυνού στους οποίους δίνονται οι πιο κάτω ορισμοί. α)«κατερχόμενη αρνητική εκκένωση» που πηγάζει από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος με έναν κατερχόμενο αρνητικό οχετό προεκκένωσης. Αυτός ο τύπος κεραυνού είναι και ο πιο συνηθισμένος καταλαμβάνοντας το 90% των περιπτώσεων. β)«ανερχόμενος θετικός οχετός/αρνητική εκκένωση» που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικά φορτισμένο νέφος. γ)«κατερχόμενη θετική εκκένωση» που πηγάζει από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. δ)«ανερχόμενος αρνητικός οχετός/θετική εκκένωση» που πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικά φορτισμένο νέφος. [1] 3

10 Σχήμα 1.2: Είδη κεραυνών: α ανάπτυξη οχετού προεκκένωσης, β συμπλήρωση του αντίστοιχου είδους κεραυνού με οχετό επιστροφής. l: οχετός προεκκένωσης, r: οχετός επιστροφής, ν: κατεύθυνση μετάδοσης. [1] 1.4 Ο Μηχανισμός του κεραυνού Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το ηλεκτρισμένο νέφος εμφανίζεται λίγο πριν από μια κεραυνική εκκένωση μακροσκοπικά, σαν ένα ηλεκτρικό δίπολο, εξαιτίας του οποίου επάγονται στο έδαφος πεδία με ένταση πάνω από 5KV/m. Σε περιοχές του νέφους με μεγάλη πυκνότητα φορτίου, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να πάρει αρκετά μεγάλες τιμές. Οι υψηλές αυτές εντάσεις, συνδυαζόμενες με τη μικρή πυκνότητα του αέρα και μερικούς άλλους παράγοντες που προκαλούν πρόσθετη τοπική ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου, μπορούν να προκαλέσουν έναρξη ιονισμού των μορίων του αέρα από κρούσεις ηλεκτρονίων. Ο ιονισμός αυτός αποτελεί το πρώτο βήμα για την έναρξη μιας ηλεκτρικής εκκένωσης. Το επόμενο βήμα που θα ολοκληρώσει το στάδιο της προεκκένωσης είναι ο σχηματισμός ενός οχετού, ο οποίος ακολουθεί τις δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου. Ο οχετός ακολουθεί την κατεύθυνση που θα προκαλέσει την ηλεκτρική σύνδεση και αλληλεξουδετέρωση των δύο ετερόσημων φορτίων, η οποία συνοδεύεται από έντονη λάμψη (αστραπή) και δυνατό θόρυβο (βροντή). Οι συνέπειες στο έδαφος εμφανίζονται σαν μια παροδική διαταραχή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, η οποία πιθανόν να γίνει αισθητή σε δέκτες της τηλεόρασης ή του ραδιοφώνου κτλ. Η προεκκένωση ξεκινάει από κάποια περιοχή του σύννεφου όπου το ηλεκτρικό πεδίο θα αποκτήσει πολύ μεγάλες τιμές, της τάξεως των μερικών εκατοντάδων V/m. Δημιουργείται έτσι ένας αγώγιμος δρόμος (οχετός), ο οποίος τροφοδοτείται συνέχεια με φορείς ηλεκτρικού φορτίου από το σύννεφο. Σαν συνέπεια αυτού, έχουμε τη δημιουργία υψηλού ηλεκτρικού πεδίου που σε μια διαδικασία ανακύκλωσης συμβάλλει στην προώθησή του προς τη γη. Έτσι, η προεκκένωση, αφού ξεκινήσει, αναπτύσσεται από μόνη της στο χώρο 4

11 του ηλεκτρικού πεδίου, εφόσον τροφοδοτείται από την πλευρά του σύννεφου με μεγάλη ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου. Η πρόοδος του οχετού προεκκένωσης πραγματοποιείται με διαδοχικά βήματα μήκους μερικών μέτρων ή δεκάδων μέτρων το καθένα, ενώ η μέση ταχύτητα προόδου του ανέρχεται σε 0,15m/μs. Υπάρχει η πιθανότητα να δημιουργηθούν και διακλαδώσεις του αγώγιμου οχετού, οι οποίες, όμως, δεν απολήγουν σε γεφύρωσή του προς τη γη, λόγω της μη διαθεσιμότητας μεγάλου αριθμού ηλεκτρικών φορέων. Η διαμήκη πτώση τάσης κατά μήκος του οχετού (πριν αυτός συναντήσει το έδαφος) ποικίλει στις διάφορες θέσεις του, η μέση τιμή της πάντως είναι μικρότερη από 0.1kKV/cm. Έτσι ο οχετός προεκκένωσης εμφανίζεται σαν μία μεταλλική προεξοχή που επεκτείνεται από το σύννεφο προς το έδαφος. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου γύρω από τον οχετό προεκκένωσης και ιδίως στο άκρο του προς το έδαφος, είναι πολύ μεγάλη και υπερβαίνει κατά πολύ την πεδιακή ένταση που απαιτείται για τον ιονισμό του αέρα από κρούσεις (γύρω στα 30KV/cm). Για αυτό το λόγο, ο οχετός περιβάλλεται διαρκώς από ένα μανδύα Corona, που εκτείνεται μερικά μέτρα γύρω από αυτόν. Το πάχος του μανδύα αυτού είναι μεγαλύτερο στο προς το έδαφος άκρο του οχετού και αυξάνει όσο η κεφαλή του οχετού πλησιάζει προς το έδαφος. Όταν η κεφαλή του οχετού φτάσει σε μια απόσταση από το έδαφος τέτοια που η μέση πεδιακή ένταση να είναι περί τα 5KV/cm, το τελευταίο αυτό μήκος γεφυρώνεται ολόκληρο από corona και μετατρέπεται ταχύτατα (20-30 μs) επίσης σε οχετό. Με αυτό το τελευταίο βήμα, που ορίζεται σαν το «τελικό πήδημα», το φορτίο της περιοχής του νέφους από όπου άρχισε ο οχετός προεκκένωσης βρίσκεται, μέσω αυτού, ημιαγώγιμα συνδεδεμένο με το έδαφος. Μέσα από αυτή την ημιαγώγιμη σύνδεση εκκενώνεται το φορτίου του νέφους με ένα μεγάλο ρεύμα (πολλές δεκάδες ή εκατοντάδες KA). Από το ρεύμα αυτό ο οχετός προεκκένωσης θερμαίνεται και αποκτά πολύ μεγάλη λαμπρότητα. Η θέρμανση του οχετού προεκκένωσης από το άκρο που αυτός συναντά το έδαφος και προχωρεί προς το σημείο εκκίνησης του με ταχύτητα μερικά δέκατα της ταχύτητας του φωτός, δηλαδή πολύ μεγαλύτερη από αυτή με την οποία προχωρεί ο οχετός προεκκένωσης. Η φάση αυτή με την οποία συμπληρώνεται η εκκένωση ονομάζεται «οχετός επιστροφής». 5

12 Σχήμα 1.3: Τα βήματα σχηματισμού του οχετού επιστροφής. Διακρίνεται το κανάλι του οχετού προεκκένωσης και ο σχηματισμός κορόνα γύρω από αυτό. [1] Η πιο πάνω περιγραφή του κεραυνού είναι εξιδανικευμένη και αφορά την περίπτωση που ένα σύννεφο βρίσκεται πάνω από ένα απόλυτα επίπεδο έδαφος ή μία επιφάνεια ήρεμου ύδατος. Αν ένα ηλεκτρισμένο σύννεφο βρεθεί πάνω από μία πολύ υψηλή και σχετικά αιχμηρή προεξοχή του εδάφους (πάνω από 100 ή 150m) η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο άκρο της προεξοχής αυτής μπορεί να γίνει, εξ επαγωγής, τόσο μεγάλη ώστε ο οχετός προεκκένωσης να ξεκινήσει από το άκρο της προεξοχής και να κατευθυνθεί προς το σύννεφο. Προκύπτει έτσι ένας ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης. Αν η προεξοχή του εδάφους έχει σχετικά μικρό ύψος τότε ο οχετός προεκκένωσης δεν είναι ικανός να αρχίσει από αυτή. Ο κατερχόμενος οχετός προεκκένωσης, καθώς πλησιάζει το έδαφος, επάγει ένα ηλεκτρικό φορτίο η ένταση του οποίου είναι μεγαλύτερη σε προεξοχές του εδάφους. Όταν στο άκρο μιας από αυτές τις προεξοχές η ένταση ενισχυθεί αρκετά, θα αρχίσει από αυτή ένας ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης (συνδετικός οχετός) που θα κατευθυνθεί προς την κεφαλή του κατερχόμενου οχετού προεκκένωσης. Με την συνάντηση των δύο οχετών συμπληρώνεται η ημιαγώγιμη σύνδεση νέφους-εδάφους και ακολουθεί ο οχετός επιστροφής με τον οποίο συμπληρώνεται ο κεραυνός. Η αρχική εκκένωση του κεραυνού ακολουθείται από επόμενες εκκενώσεις όπως φαίνεται στο σχήμα 1.4. Οι εκκενώσεις αυτές διαδέχονται η μία την άλλη σε μικρά χρονικά διαστήματα και η κάθε μία περιλαμβάνει δικό της συνδετικό οχετό και οχετό επιστροφής. Συνήθως οι διαδοχικές αυτές εκκενώσεις ακολουθούν την ίδια όδευση που χαράζει η αρχική εκκένωση χωρίς όμως να αποκλείεται και το αντίθετο. Έχει παρατηρηθεί πως πολλαπλές εκκενώσεις παρουσιάζουν οι κατερχόμενοι αρνητικοί κεραυνοί που αποτελούν και το μεγαλύτερο ποσοστό των κεραυνών, ενώ πολλαπλοί θετικοί κεραυνοί είναι σπανιότατοι. [1] 6

13 Σχήμα 1.4: Δημιουργία ενός κεραυνού (πολλαπλού), όπως φαίνεται από μια φωτογραφική μηχανή κινούμενη προς τα δεξιά. [1] 1.5 Παράμετροι ρεύματος κεραυνού Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι κεραυνών: - Ο καθοδικός κεραυνός, που ξεκινάει από έναν καθοδικό οχετό προεκκένωσης από το σύννεφο προς τη γη. - Ο ανοδικός κεραυνός, που ξεκινάει από ένα ανοδικό οχετό προεκκένωσης από ένα αντικείμενο προς το σύννεφο. Κυρίως οι καθοδικοί κεραυνοί εμφανίζονται σε επίπεδο έδαφος και σε χαμηλότερα αντικείμενα, ενώ για τις εκτιθέμενες και για τα υψηλότερα αντικείμενα οι ανοδικοί κεραυνοί κυριαρχούν. Με αποτελεσματικό ύψος η πιθανότητα ενός άμεσου πλήγματος κεραυνού στα αντικείμενα αυξάνεται και οι φυσικές συνθήκες αλλάζουν. Το ρεύμα ενός κεραυνού αποτελείται από μία ή περισσότερες διαφορετικές εκκενώσεις: - Μικρής διάρκειας κεραυνοί με διάρκεια μικρότερη των 2 ms (σχήμα 1.5). - Μεγάλης διάρκειας κεραυνοί με διάρκεια μεγαλύτερη των 2 ms (σχήμα 1.6). [2] 7

14 Σχήμα 1.5: Ορισμοί για τους παραμέτρους κεραυνών μικρής διάρκειας (τυπικά Τ2 < 2 ms). [2] Όπου Ο 1 I T 1 Τ 2 τυπική έναρξη αιχμή ρεύματος χρόνος μετώπου χρόνος ουράς Σχήμα 1.6: Ορισμοί για τους παραμέτρους κεραυνών μεγάλης διάρκειας (τυπικά 2 ms < Tlong < 1 s). [2] Όπου T long διάρκεια εκκένωσης Q long φορτίο κεραυνού μεγάλης διάρκειας 8

15 1.6 Συχνότητα με την οποία συμβαίνουν κεραυνοί Επειδή για την γνώση του αριθμού N g, των κεραυνών που πλήττουν μια περιοχή (ανά km 2 ) στη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου (1 έτος), απαιτείται εγκατάσταση ειδικών συσκευών, η πληροφορία δεν είναι διαθέσιμη παρά για περιορισμένες μόνο περιοχές. Αντίθετα η πληροφορία που είναι διαθέσιμη είναι ο αριθμός T d των ημερών καταιγίδας. Το T d διαφέρει σημαντικά από περιοχή σε περιοχή. Μία γενική παρατήρηση είναι ότι η συχνότητα καταιγίδων συνοδευόμενη από κεραυνούς, είναι μεγαλύτερη στον ισημερινό και μικρότερη στους πόλους. Στο σχήμα 1.7 δίνεται ο χάρτης ισοκεραυνικών καμπυλών της Ελλάδος. Σαν ισοκεραυνικές καμπύλες ονομάζουμε τις περιοχές του ίδιου T d. Στο σχήμα 1.8 δίνεται ο παγκόσμιος ισοκεραυνικός χάρτης. Σχήμα 1.7: Χάρτης ισοκεραυνικών καμπύλών, σε ημέρες καταιγίδων κατ έτος για την Ελλάδα. [3] 9

16 Σχήμα 1.8: Παγκόσμιος χάρτης ισοκεραυνικών καμπύλών σε ημέρες καταιγίδων κατ έτος. [4] Σχήμα 1.9: Παγκόσμιος χάρτης μέσης ετήσιας πτώσης κεραυνών. [4] Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για να συσχετισθούν ο αριθμός N g με τον αριθμό T d. Ο A J Eriksson [5] κατάφερε ύστερα από μία έρευνα έξι ετών στη Νότια Αφρική να προσεγγίσει την σχέση αυτών των δύο. Από την καταγραφή των ετήσιων κεραυνών και των καταιγίδων ανά έτος σε εξήντα σταθμούς προέκυψαν δεδομένα τα οποία απεικονίζονται στο σχήμα 1.10 και παράγουν την σχέση: N g = 0, 04 T d 1,25 (1. 1) 10

17 Σχήμα 1.10: Παρατηρούμενη συσχέτιση μεταξύ της πυκνότητας των κεραυνών και των ημερών καταιγίδας ανά έτος. [5] Αυτή η σχέση ισχύει μόνο για τις εύκρατες περιοχές. Πρέπει να επισημάνουμε ότι ο τύπος συνεχώς βελτιώνεται και ότι η συγκεκριμένη συσχέτιση του N g με το T d είναι η πιο πρόσφατη. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΕΡΑΥΝΩΝ 2.1 Θερμικές επιπτώσεις Ο οχετός προεκκένωσης ενός πλήγματος έχει ένα στενό κεντρικό πυρήνα περιβαλλόμενο από ένα μεγαλύτερο σχηματισμό κορόνα. Το ρεύμα που ρέει στον οχετό επιστροφής είναι συγκεντρωμένο, κατά το μεγαλύτερο μέρος στον πυρήνα του οχετού αυτού, ο οποίος έχει διάμετρο ένα ή δύο εκατοστά και η θερμοκρασία του φτάνει στους 30000Κ ή και περισσότερο. Αυτή η θερμοκρασία προκαλεί ατμοποίηση των υδρατμών που υπάρχουν, δημιουργώντας έτσι τοπικά αραιώματα και πυκνώματα του αέρα, δηλαδή ένα ηχητικό κύμα, που στην αρχή βρίσκεται στην περιοχή των υπερήχων, μετά όμως καταλήγει στην βροντή. Η στιγμιαία ισχύς που διαχέεται ως θερμότητα σε ένα αγωγό και η οποία οφείλεται σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα εκφράζεται ως P(t) = i 2 R. Η θερμική ενέργεια που παράγεται επομένως εκφράζεται από την ωμική αντίσταση του μέσου από το οποίο εκφορτίζεται το 11

18 ρεύμα πολλαπλασιασμένη με την ολική ισχύ αυτού. Αυτή η ενέργεια εκφράζεται σε μονάδες Joules ή Watt ανά δευτερόλεπτα και ισούται με W = R i 2 dt. Επομένως, τα θερμικά αποτελέσματα ενός πλήγματος εξαρτώνται όχι μόνο από το εύρος του ρεύματος, αλλά και από τη διάρκεια ροής του και αυτό γιατί η αύξηση της θερμοκρασίας σε έναν αγωγό, μέσα από τον οποίο εκφορτίζεται το ρεύμα του κεραυνού, είναι ανάλογη του i 2 dt. Όταν υπολογίζεται η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αγωγού πρέπει να λαμβάνεται υπ όψη ότι, λόγω της μικρής διάρκειας ροής του ρεύματος, η διάχυση της θερμότητας θεωρείται αμελητέα. Οπότε η αύξηση της θερμοκρασίας σε ένα μέσο με αντίσταση R δίνεται από τον τύπο: Δθ = 1 a [exp ( (i2 dt) α ρ q 2 γ C w )] (2. 1) Όπου Δθ η αύξηση της θερμοκρασίας του αγωγού σε Κ a ο συντελεστής θερμοκρασίας της αντίστασης σε 1/Κ ρ η ειδική αντίσταση του αγωγού σε Ωhm q η διατομή του αγωγού σε m 2 γ η πυκνότητα του υλικού σε Kg/m 2 C w ο συντελεστής θερμοχωρητικότητας σε J/(Kg K) Στον πίνακα 2.1 δίνονται οι τιμές των παραμέτρων ρ και α για το αλουμίνιο, τον σίδηρο και τον χαλκό. Πίνακας 2.1 [1] Αλουμίνιο (Al) Σίδηρος (Fe) Χαλκός (Cu) ρ (Ωhm) , Α (1/K) , , Χρησιμοποιώντας την σχέση (2.1) και για διαφορετικές τιμές του i 2 dt προκύπτει ο πίνακας 2.2 που δίνει την αύξηση της θερμοκρασίας ενός αγωγού σε Κ συναρτήσει της διατομής του και της εκλυόμενης ενέργειας. Πίνακας 2.2 [1] 12

19 q (mm 2 ) Αλουμίνιο (Al) i 2 dt (A 2 s) Σίδηρος (Fe) i 2 dt (A 2 s) Χαλκός (Cu) i 2 dt (A 2 s) , Στο σχήμα 2.1 φαίνεται η μεταβολή της θερμοκρασίας χάλκινων αγωγών με διαφορετικές διαμέτρους, συναρτήσει του i 2 dt. Για αγωγούς από αλουμίνιο, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι περίπου 1,5 φορά των τιμών που φαίνονται στο σχήμα 2.1 Σχήμα 2.1: Αύξηση της θερμοκρασίας σε χάλκινους αγωγούς σαν συνάρτηση του i 2 dt, με παράμετρο την διατομή τους. [1] Η αύξηση της θερμοκρασίας σε αγωγούς από χάλυβα και χαλκό δίνεται στο σχήμα 2.2. Από το σχήμα και για i 2 dt ίσο με 10A 2 s και διατομή του αγωγού περίπου 50mm 2 η αύξηση της θερμοκρασίας φτάνει τους 140 C, θερμοκρασία που δεν είναι επικίνδυνη. 13

20 Σχήμα 2.2: Αύξηση της θερμοκρασίας σε χάλκινους και χαλύβδινους αγωγούς. [1] Υπάρχει όμως μία περίπτωση που η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να προκαλέσει ζημιά. Αυτό συμβαίνει όταν το ρεύμα του κεραυνού ή ένα μέρος αυτού, εκφορτίζεται διαμέσου ενός αγωγού, ο οποίος σε μία ένωση παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση, λόγω π.χ. μίας φτωχής σύνδεσης μεταξύ δύο αγωγών. Τότε μπορεί να προκληθεί ένας ισχυρός σπινθήρας, που οφείλεται στην στιγμιαία υπέρταση που παρουσιάζεται (μεγάλη αντίσταση ρεύμα που εκφορτίζεται) Ο κίνδυνος να τρυπηθεί ένα λεπτό μεταλλικό φύλλο έχει πρακτική σημασία για τα μεταλλικά φύλλα που χρησιμοποιούνται σαν υλικά οροφής σε κτίρια και στην επιφάνεια των αεροσκαφών. Πιο συγκεκριμένα αν ένα τέτοιο μεταλλικό φύλλο πληγεί από έναν κεραυνό με ρεύμα i, η θερμότητα που θα αναπτυχθεί στο σημείο του πλήγματος είναι ανάλογη του u idt = u q όπου u είναι η πτώση τάσης και q το φορτίο που είναι ανάλογο με το ρεύμα του κεραυνού. Φαίνεται λοιπόν ότι η τήξη του μετάλλου είναι ανάλογη του φορτίου του κεραυνού. Ο όγκος του μετάλλου που θα τακεί στο σημείο που θα εκφορτιστεί ένα πλήγμα κεραυνού δίνεται από τον τύπο: V = W γ 1 C w θ s + C s (2. 2) 14

21 Όπου V ο όγκος σε m 3 W η ενέργεια του κεραυνού τη στιγμή που πλήτει το συγκεκριμένο σημείο σε J γ η πυκνότητα του υλικού σε Kg/m 2 C w θ s C s ο συντελεστής θερμοχωρητικότητας σε J/(Kg K) η διαφορά θερμοκρασίας σε ⁰C η ειδική θερμότητα τήξης σε J/Kg Επειδή W = Q U A,K από τη σχέση (2.2) προκύπτει: V Q = U A,K γ 1 C w θ s + C s (2. 3) Όπου U A,K η καθοδική τάση. Στον πίνακα 2.3 δίνονται οι τιμές των παραμέτρων γ, C w, θ s και C s για το αλουμίνιο, τον σίδηρο και τον χαλκό. Πίνακας 2.3 [1] Αλουμίνιο (Al) Σίδηρος (Fe) Χαλκός (Cu) γ (Kg/m 2 ) C w (J/(Kg K)) θ s (⁰C) C s (J/Kg) Αν ένας κεραυνός πλήξει ένα μονωτικό υλικό ή ένα «φτωχό» αγωγό, το σημείο του πλήγματος θα αποκτήσει πολύ υψηλή θερμοκρασία και θα έχει σαν αποτέλεσμα την διάτρηση του υλικού ή την ανάφλεξή του. Τέτοιες οπές ενός ή δύο εκατοστών έχουν παρατηρηθεί σε τζάμια παραθύρου, λόγω πλήγματος κεραυνού. Εάν το μονωτικό περιέχει ίχνη υγρασίας, όπως συμβαίνει στα μάρμαρα ή κάποιο άλλο μη αγώγιμο υλικό, το ρεύμα του κεραυνού θα ρεύσει μέσω των σημείων που παρουσιάζουν μεγαλύτερη αγωγιμότητα. Όμως έτσι η υγρασία μπορεί, λόγω θερμοκρασίας, να μετατραπεί σε ατμό και η πίεση που δημιουργείται να προκαλέσει θραύση του υλικού. Παραδείγματα τέτοιων φαινομένων είναι η κατάρρευση πλινθότοιχων, έκρηξη κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα και καταστροφή αρχαίων ελληνικών μαρμάρινων κιόνων. Ένα άλλο παράδειγμα της 15

22 τρομακτικής δύναμης που περικλείεται σ αυτού του είδους τα πλήγματα αναφέρεται στους κανονισμούς της Ν. Αφρικής. Ένα ισχυρό πλήγμα σε ένα πετρώδες έδαφος διέλυσε 70 τόνους από αυτό, σε μία απόσταση 250 μέτρων. Άλλη σημαντική θερμική συνέπεια ενός πλήγματος κεραυνού είναι η ανάφλεξη υλικών όπως ξυλείες, αχυρένιες στέγες κ.λπ., όπως επίσης εκρηκτικών υλών και υγρών καυσίμων. Οι συνέπειες αυτές οφείλονται κυρίως στους «θερμούς κεραυνούς», οι οποίοι έχουν μεγάλη διάρκεια ροής ρεύματος. [1] 2.2 Μηχανικές επιπτώσεις Οι μηχανικές συνέπειες του πλήγματος ενός κεραυνού μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: α) αυτές που αφορούν το κρουστικό κύμα που παράγεται από τον οχετό επιστροφής και β) αυτές που αφορούν τις δυνάμεις που αναπτύσσονται σε έναν ή περισσότερους αγωγούς, όταν διαρρέονται από το ρεύμα του κεραυνού. Όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενο κεφάλαιο η θερμοκρασία του οχετού προεκκένωσης μπορεί να ανέβει στους Κ ή περισσότερο μέσα σε λίγα μs. Αποτέλεσμα αυτού είναι ο αέρας που περιβάλλει τον οχετό να εξαπλώνεται με πολύ μεγάλη ταχύτητα, παράγοντας έτσι ένα κύμα πίεσης το οποίο είναι στην αρχή στην περιοχή των υπερήχων και μετά εξελίσσεται στη γνωστή βροντή. Το σχήμα 2.3 δείχνει πως μεταδίδεται το κύμα αυτό από τον κεντρικό πυρήνα του οχετού προεκκένωσης. Αυτό το κύμα είναι επίσης υπεύθυνο για το κύμα αέρα που σηκώνει κεραμίδια οροφών, φαινόμενο που παρατηρείται μετά από ένα άμεσο πλήγμα, αλλά και για τον τραυματισμό ανθρώπων. Σχήμα 2.3: Κατανομή της πίεσης που δημιουργείται από την θερμότητα του οχετού, στο χώρο, με παράμετρο τον χρόνο. [1] 16

23 Όσον αφορά τη δεύτερη κατηγορία συνεπειών, αυτές οφείλονται στο γεγονός ότι δύο παράλληλοι αγωγοί, οι οποίοι μοιράζονται την εκφόρτιση του ρεύματος ενός κεραυνού, υπόκεινται σε ελκτικές μαγνητικές δυνάμεις οι οποίες είναι ανάλογες του τετραγώνου της τιμής του ρεύματος και αντιστρόφως ανάλογες της μεταξύ τους απόστασης. Πιο συγκεκριμένα, η μαγνητική δύναμη που ασκείται σε δύο παράλληλους αγωγούς μήκους L, που διαρρέονται από ρεύμα i και βρίσκονται σε απόσταση D δίνεται από τον τύπο: F(t) = μ 0 2π i2 (t) L D (2. 4) Όπου F(t) η μαγνητική δύναμη σε Ν μ 0 η μαγνητική διηλεκτρική σταθερά του αέρα ( 4π10-7 H/m) i(t) η ένταση του ρεύματος σε Α L το μήκος των αγωγών σε m D η απόσταση μεταξύ των αγωγών σε m Σχήμα 2.4: Δύο παράλληλοι αγωγοί όπου διαρρέονται από το ίδιο ή αντίθετο ρεύμα και βρίσκονται σε απόσταση d. [2] Παρόλο που τα στοιχεία ενός συστήματος προστασίας συνήθως δεν τοποθετούνται τόσο κοντά ώστε να έχουμε σημαντική επίδραση των δυνάμεων αυτών, οι δυνάμεις αυτές είναι υπεύθυνες για την συγχώνευση πολύπλοκων αγωγών και για την σύνθλιψη κοίλων αγωγών. Επίσης τέτοιου είδους δυνάμεις μπορούν να ασκηθούν και σε έναν μόνο αγωγό, εφόσον αυτός σχηματίζει ορθή γωνία σε κάποιο σημείο του. Σε μια τέτοια περίπτωση, όταν ο αγωγός εκφορτίζει το ρεύμα ενός κεραυνού, υπόκειται σε μια δύναμη που τείνει να τον ισιώσει. Το μέγεθος της δύναμης αυτής είναι ανάλογο του τετραγώνου του ρεύματος. 17

24 Όμως ακόμη και όταν το ρεύμα είναι της τάξης των 200 ka, η δύναμη αυτή δεν φαίνεται να ξεπερνά τους λίγους τόνους. Στο σχήμα 2.5 φαίνεται μια διάταξη ενός συστήματος αντικεραυνικής προστασίας με έναν αγωγό να εμφανίζει ορθή γωνία, ενώ στο σχήμα 2.6 δίνεται η κατανομή της δύναμης πάνω στον αγωγό συναρτήσει της απόστασης από το σημείο αλλαγής κατεύθυνσης. Σχήμα 2.5: Συνηθισμένος αγωγός ενός συστήματος αντικεραυνικής προστασίας. [2] Σχήμα 2.6: Διάγραμμα καταπονήσεων του αγωγού του Σχ.1.5 όταν διαρρέεται από ρεύμα. [2] Αυτού του είδους οι δυνάμεις είναι δυνατό να μην προκαλούν ζημιά σε έναν αγωγό συνηθισμένης διαμέτρου, αν ληφθεί πρόνοια η ακτίνα καμπυλότητας να είναι αρκετά μεγάλη, αποφεύγοντας τις απότομες αλλαγές κατεύθυνσης του αγωγού, ή στερεώνοντας με ασφάλεια τον αγωγό στον τοίχο σε μικρή απόσταση από την απότομη γωνία. [1] 18

25 2.3 Ηλεκτρικές επιπτώσεις Μία ηλεκτρική συνέπεια ενός πλήγματος κεραυνού είναι η εσωτερική διάσπαση που μπορεί να συμβεί μεταξύ των αγωγών του συστήματος προστασίας και εσωτερικών αγώγιμων στοιχείων μιας κατασκευής, γνωστή και ως «επικίνδυνος σπινθήρας» ή «sideflash». Για να γίνουν κατανοητές οι συνθήκες που οδηγούν σε ένα τέτοιου είδους σφάλμα, δίνεται το σχήμα 2.7 το οποίο δείχνει το περίγραμμα μιας κατοικίας με έναν συλλεκτήριο αγωγό στην καμινάδα. Στο εσωτερικό της κατοικίας υπάρχει μια δεξαμενή νερού, η οποία τροφοδοτείται από ένα μεταλλικό σωλήνα νερού και ο οποίος είναι συνδεδεμένος με έναν άλλο μεταλλικό σωλήνα που είναι θαμμένος στην γη. Σχήμα 2.7: Πλήγμα κεραυνού σε μία κατοικία με σύστημα προστασίας και δίκτυο σωληνώσεων νερού γειωμένων ανεξάρτητα, όπου φαίνεται ο κίνδυνος της μεταξύ τους διάσπασης. [1] Αν υποτεθεί ότι ο συλλεκτήριος αγωγός στην καμινάδα πλήττεται από έναν κεραυνό με ρεύμα i, το ρεύμα αυτό θα εκφορτιστεί στη γη μέσω του συλλεκτήριου αγωγού, του αγωγού καθόδου και του γειωμένου ηλεκτροδίου. Ο δρόμος αυτός παρουσιάζει μία αυτεπαγωγή L και η αντίσταση του γειωμένου ηλεκτροδίου μπορεί να περιγραφεί από την αντίσταση γείωσης R. Η κορυφή λοιπόν του συστήματος προστασίας θα παρουσιάσει ως προς τη γη διαφορά δυναμικού που δίνεται από τον τύπο: u = i R + L di dt (2. 5) Αυτή η τάση είναι της τάξεως μερικών χιλιάδων KV. Η δεξαμενή όμως, μέσω του συστήματος των σωληνώσεων, έχει το δυναμικό της γης ακόμη και όταν η κατασκευή πλήττεται από κεραυνό. Έτσι η στιγμιαία τάση u εμφανίζεται μεταξύ του συστήματος προστασίας και της δεξαμενής. Αν η τάση διάσπασης του διακένου D, που είναι η 19

26 απόσταση μεταξύ αγωγών προστασίας και δεξαμενής, είναι μικρότερη από την u, τότε θα συμβεί εσωτερική διάσπαση μεταξύ των αγωγών του συστήματος και της δεξαμενής, διοχετεύοντας ένα μεγάλο μέρος του ρεύματος προς τη γη, με ίσως καταστροφικά αποτελέσματα. Εσωτερική διάσπαση μπορεί να συμβεί και κάτω από άλλες συνθήκες. Στο σχήμα 2.8 εικονίζεται μια αγροτική αποθήκη με μεταλλική οροφή και μέσα σε αυτή ένας άνθρωπος που κρατά ένα εργαλείο (φτυάρι ή οτιδήποτε άλλο). Αν ένα πλήγμα κεραυνού συμβεί σε μικρή σχετικά απόσταση από την αποθήκη, η οροφή της θα βρεθεί σε μία διαφορά δυναμικού ως προς τη γη, που δίνεται από την σχέση: u 2 = u 1 C 1 C 1 + C 2 (2. 6) Όπου u 1 το δυναμικό του οχετού ως προς τη γη C 1, C 2 οι χωρητικότητες όπως σημειώνονται στο σχήμα 2.8. Αυτή η διαφορά δυναμικού u 2, ίσως είναι ικανή να προκαλέσει εσωτερική διάσπαση. Σχήμα 2.8: Εσωτερική διάσπαση οφειλόμενη σε έμμεσο πλήγμα κεραυνού και στην έλλειψη γείωσης της στέγης. [1] Μία άλλη ηλεκτρική συνέπεια ενός πλήγματος φαίνεται στο σχήμα 2.9. Στο σχήμα αυτό φαίνεται η εκφόρτιση του ρεύματος ενός κεραυνού που πλήττει το έδαφος. Σε ομοιόμορφα εδάφη, η κατανομή του ρεύματος όσο και της τάσης γίνεται με ομαλό τρόπο (σχήμα 2.9). Αν ένας άνθρωπος ή ζώο βρίσκεται πλησίον του σημείου, θα εμφανιστεί μία διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων του, η οποία δίνεται από την σχέση: 20

27 u = i ρ 2π S d(d + S) (2. 7) Όπου i ρ S d το εύρος του ρεύματος του κεραυνού σε Α η ειδική αντίσταση του εδάφους σε Ωhm η απόσταση των άκρων σε m η απόσταση μεταξύ του σημείου του πλήγματος και του πλησιέστερου άκρου του ανθρώπου σε m. Αυτή η διαφορά δυναμικού είναι η αιτία ενός ρεύματος που θα ρεύσει μέσω των άκρων και του χαμηλότερου μέρους του σώματος. Αυτή η διαφορά δυναμικού είναι υπεύθυνη για τον θάνατο μεγάλων ζώων, λόγω του μεγάλου ανοίγματος των άκρων τους (μεγάλη απόσταση S μεγάλη τάση u). [1] Σχήμα 2.9: Κατανομή του ρεύματος (α) και της τάσης (β) κατά την διάρκεια της εκφόρτισης του ρεύματος του κεραυνού. [1] 21

28 2.4 Επιπτώσεις στον άνθρωπο Τα ατυχήματα από πτώση κεραυνού δεν είναι πάντα θανατηφόρα. Στην πραγματικότητα, περίπου το 80% των θυμάτων επιβιώνουν με ή χωρίς περεταίρω συνέπειες. Ένα κεραυνικό χτύπημα μπορεί να προκαλέσει ζημιά σε ένα μεγάλο πλήθος συστημάτων που ελέγχουν διάφορες πνευματικές και σωματικές λειτουργίες του ανθρώπου, όπως το αναπνευστικό, το καρδιαγγειακό, το οπτικό, το ωτικό και το νευρικό σύστημα. Επίσης μπορεί να προκαλέσει δερματικούς (εγκαύματα), και άλλους σωματικούς τραυματισμούς (εξαιτίας του ωστικού κύματος). Τέλος, εκτός από εμφανείς σωματικές βλάβες, το θύμα μπορεί να εμφανίσει και διάφορες ψυχολογικές επιπλοκές. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι κυριότερες επιπλοκές που μπορούν να παρουσιαστούν ανά κατηγορία. Αναπνευστικές και καρδιαγγειακές επιπλοκές: Η κυριότερη αιτία θανάτου εξαιτίας ενός κεραυνικού χτυπήματος είναι η καρδιοπνευμονική ανακοπή, η οποία ωστόσο σε κάποιες περιπτώσεις είναι αναστρέψιμη εάν το θύμα δεχτεί τις κατάλληλες πρώτες βοήθειες (καρδιοπνευμονική αναζωογόνηση). Συγκεκριμένα, εξαιτίας του κεραυνικού ρεύματος που διατρέχει το σώμα κατά την διάρκεια του κεραυνικού χτυπήματος, είναι πιθανό να προκληθεί βλάβη του μυοκαρδίου, που μπορεί να οδηγήσει σε δυσλειτουργίες όπως αρρυθμία και καρδιακή ανακοπή κατά την οποία το μυοκάρδιο είτε σταματά πλήρως να συσπάται είτε συσπάται ακανόνιστα (ασύγχρονα) οπότε πρόκειται για κοιλιακή μαρμαρυγή. Και στις δύο περιπτώσεις χάνεται η αντλητική ικανότητα της καρδιάς με αποτέλεσμα να μην αρματώνονται τα ζωτικά όργανα. Το κεραυνικό ρεύμα μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά στο αναπνευστικό κέντρο του εγκεφάλου, πράγμα που μπορεί να οδηγήσει σε αναπνευστική ανακοπή, με συνέπειες αυτής, την καρδιακή ανακοπή εξαιτίας της απώλειας οξυγόνωσης του μυοκαρδίου αλλά κυρίως τον θάνατο εγκεφαλικού ιστού επίσης λόγω έλλειψης οξυγόνου. Βλάβες στο αναπνευστικό σύστημα μπορεί να προκαλέσει και το ωστικό κύμα του κεραυνού, όπως θα δούμε και παρακάτω. Οφθαλμολογικές επιπλοκές: Προβλήματα στου οφθαλμούς μπορούν να προκληθούν εξαιτίας τόσο του κεραυνικού ρεύματος που ρέει διαμέσου του κεφαλιού του θύματος, όσο και της ισχυρής ακτινοβολίας του οχετού. Ο καταρράκτης είναι η πιο συχνή μακροχρόνια βλάβη που μπορεί να προκληθεί εξαιτίας ενός κεραυνικού χτυπήματος, με την εμφάνιση του να μην γίνεται πάντα άμεσα, αλλά πολλές φορές ύστερα από την πάροδο αρκετών ημερών ή και ετών από τον αρχικό τραυματισμό. Το κεραυνικό πλήγμα μπορεί επίσης να προκαλέσει οπή της ωχράς κηλίδας που έχει σαν αποτέλεσμα η κεντρική όραση του θύματος να εμφανίζεται θολή και παραμορφωμένη, ζαρώματα (ρυτίδες) στον ιστό του αμφιβληστροειδούς, με αποτέλεσμα η όραση του θύματος να εμφανίζει τυφλά σημεία, ακόμη και αποκόλληση του αμφιβληστροειδούς. Επίσης ο τραυματισμός από κεραυνό μπορεί να προκαλέσει 22

29 αιμορραγίες στο υαλοειδές σώμα (της ουσίας που βρίσκεται μεταξύ του φακού και του μπροστινού μέρους του αμφιβληστροειδούς του ματιού), ακόμη και αποκόλλησή του, ιρίτιδα, και ραγοειδίτιδα που έχει σαν αποτέλεσμα υπερβολική ευαισθησία του θύματος στο φως (φωτοφοβία). Κατά την διάρκεια του κεραυνικής λάμψης, η ισχυρή υπεριώδης και υψηλής ενέργειας ακτινοβολία που απορροφάται κυρίως από τον κερατοειδή χιτώνα, μπορεί να προκαλέσει μια σειρά από βλάβες του κερατοειδούς όπως εγκαύματα, οιδήματα, θολερότητα και έλκη του κερατοειδούς που μπορούν να οδηγήσουν σε αλλαγές της όρασης ακόμη και σε πλήρη απώλειά της. Τέλος, το κεραυνικό πλήγμα μπορεί να προκαλέσει ζημιές στους μύες που ελέγχουν την κίνηση των ματιών, με αποτέλεσμα τα μάτια να μην παρακολουθούν συνδυαστικά, οπότε το θύμα εμφανίζει διπλωπία. Ωτολογικές επιπλοκές: Σε ποσοστό 20-50% των περιπτώσεων τραυματισμού από κεραυνό, το θύμα εμφανίζει ρήξη της τυμπανικής μεμβράνης, που πιθανότατα οφείλεται στο ωστικό κύμα του κεραυνού. Στην περίπτωση ενός κεραυνικού χτυπήματος στο ανώτερο μέρος του σώματος, τα αυτιά του θύματος βρίσκονται σε απόσταση μερικών εκατοστών από κανάλι του κεραυνού. Υπολογισμοί έχουν δείξει ότι η πίεση σε απόσταση λίγων εκατοστών από τον οχετό του κεραυνού μπορεί να φτάσει τιμές 10-20atm, που αντιστοιχούν σε ηχητικό κύμα έντασης 200dB (όριο αναφοράς Pa), με το όριο του πόνου να βρίσκεται στα 120 db. Ακόμη και σε περίπτωση που η τυμπανική μεμβράνη παραμείνει άθικτη, το θύμα μπορεί να εμφανίσει διαφόρων βαθμών μόνιμη απώλεια ακοής και εμβοές (κουδούνισμα στα αυτιά) εξαιτίας βλαβών στα τριχωτά κύτταρα και νεύρα του κοχλία που προκαλούνται είτε εξαιτίας του ωστικού κύματος είτε εξαιτίας του κεραυνικού ρεύματος που ρέει διαμέσου του κοχλία. Η έκρηξη μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά στα οστάρια, που έχει σαν αποτέλεσμα το θύμα να εμφανίζει επαγωγική κώφωση ιδιαίτερα στις υψηλές συχνότητες. Κατάγματα του κρανίου που προκαλούνται από τον κεραυνό μπορούν επίσης να προκαλέσουν ζημιά στο μέσο αυτί. Νευρολογικές επιπλοκές: Κατά την διάρκεια ενός κεραυνικού πλήγματος, συνήθως επηρεάζεται τόσο το κεντρικό όσο και το περιφερειακό νευρικό σύστημα. Μάλιστα, η πλειοψηφία των συμπτωμάτων που εμφανίζει ένα θύμα κεραυνικού πλήγματος είναι νευρολογικής φύσεως και εμφανίζονται στο 70% των επιζώντων. Το κεραυνικό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει ένα πλήθος τραυματισμών, όπως ενδοκρανιακές αιμορραγίες, οιδήματα των ιστών και νευρωνικούς τραυματισμούς που μπορεί να προκαλέσουν μόνιμη εγκεφαλική ζημιά. Το νευρικό σύστημα μπορεί επίσης να επηρεαστεί από την έλλειψη οξυγόνου είτε εξαιτίας μιας καρδιοπνευμονικής ανακοπής είτε εξαιτίας της έντονης συστολής των αιμοφόρων αγγείων που μπορεί να εμποδίσει τη ροή του αίματος σε κάποιο σημείο του σώματος. Αυτή η έλλειψη οξυγόνου ονομάζεται ιστική ισχαιμία και μπορεί να προκαλέσει περεταίρω τραυματισμούς σε επιμέρους περιοχές του νευρικού συστήματος. Σε κάποιες περιπτώσεις το θύμα ενός κεραυνικού πλήγματος μπορεί να εμφανίσει καθυστερημένη εκδήλωση νευρολογικών διαταραχών όπως κρίσεις επιληψίας, τρέμουλο, προοδευτική ημιπαράλυση, 23

30 νευρική δυσλειτουργία και νευρολογικές ανωμαλίες του κεντρικού νευρικού συστήματος. Μια άλλη σημαντική επιπλοκή αποτελεί το φαινόμενο της προσωρινής παράλυσης των μυών του προσώπου ή και κάποιου άκρου που βρίσκεται εντός του διαδρόμου ροής του κεραυνικού ρεύματος (keraunoparalysis). Επιπλέον, τα θύματα ενός κεραυνικού πλήγματος μπορεί να παρουσιάσουν αδυναμίες, μουδιάσματα και μυρμηκιάσεις σε μύες και ιστούς που μπορεί να διαρκέσουν από μερικές εβδομάδες έως και χρόνια. Μια ακόμα επιπλοκή που μπορεί να εμφανιστεί είναι η απώλεια συνείδησης. Το κεραυνικό ρεύμα μπορεί επίσης να επηρεάσει την μνήμη του θύματος προκαλώντας αμνησία και άλλου είδους εγκεφαλικές δυσλειτουργίες όπως η αφασία κατά την οποία χάνεται η δυνατότητα έκφρασης και κατανόησης του προφορικού ακόμα και του γραπτού λόγου. Δερματολογικές επιπλοκές: Σε αντίθεση με άλλους ηλεκτρικούς τραυματισμούς, τα εγκαύματα που προκαλούνται από τον κεραυνό είναι συνήθως ασήμαντα και απαιτούν λίγη φροντίδα. Καθώς το κεραυνικό ρεύμα περνάει μέσα από το σώμα δημιουργείται μια διαφορά δυναμικού μεταξύ του σημείου του χτυπήματος και του εδάφους, πράγμα που οδηγεί σε μια επιφανειακή εκκένωση η οποία μπορεί να ακολουθήσει την επιφάνεια του σώματος. Οποιαδήποτε εκκένωση στον αέρα μπορεί να θερμάνει στο κανάλι της εκκένωσης σε θερμοκρασίες αρκετών χιλιάδων βαθμών, και αυτή η θερμότητα με τη σειρά της μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα στο δέρμα. Το πιθανότερο είναι να πρόκειται για επιφανειακά εγκαύματα καθώς το δέρμα μονώνεται από το κανάλι της εκκένωσης μέσω μιας στρώσης ατμοποιημένης υγρασίας στην επιφάνεια του δέρματος. Ωστόσο, αν το θύμα φοράει μεταλλικά αντικείμενα όπως κοσμήματα, τότε το μεταλλικό αντικείμενο μπορεί να βρεθεί στον δρόμο της επιφανειακής εκκένωσης ώστε όλο το ρεύμα της να διέλθει μέσω του αντικειμένου προκαλώντας την τήξη του. Το λιωμένο αυτό μέταλλο μπορεί να προκαλέσει βαθιά εγκαύματα στο δέρμα. Έτσι ένα κεραυνικό χτύπημα μπορεί να προκαλέσει από επιφανειακά εγκαύματα μέχρι εγκαύματα πλήρους βάθους. Επίσης, πολλά θύματα εμφανίζουν έναν δερματικό αποχρωματισμό, που μοιάζει στην μορφή του με την μορφή που αποτυπώνεται όταν ηλεκτρική εκκένωση οδηγείται σε μονωτικό φωτογραφικό χαρτί. 24

31 Σχήμα 2.10: Δερματικός αποχρωματισμός εξαιτίας κεραυνικού πλήγματος (Lichtenberg figures). [6] Ψυχολογικές επιπλοκές: Εκτός από σωματικούς τραυματισμούς, τα θύματα των κεραυνικών πληγμάτων μπορεί να εμφανίσουν και ένα πλήθος ψυχολογικών προβλημάτων. Ανάμεσα σε αυτά περιλαμβάνονται η φοβία για τις καταιγίδες, το άγχος, η κατάθλιψη, διαταραχές του ύπνου, κρίσεις πανικού καθώς επίσης και διαταραχές της μνήμης της μάθησης της συγκέντρωσης και άλλων υψηλών πνευματικών λειτουργιών. Μερικά από τα θύματα εξακολουθούν να ξαναζούν το μαρτύριο με την μορφή αναλαμπών (flashbacks), αναμνήσεων, εφιαλτών, ή τρομακτικών σκέψεων ειδικά όταν εκτίθενται σε γεγονότα ή αντικείμενα που τους θυμίζουν τον τραυματισμό. Τραυματισμοί εξαιτίας του ωστικού κύματος: Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το ωστικό κύμα του κεραυνού μπορεί να προκαλέσει τραυματισμούς στα όργανα της όρασης και της ακοής. Επιπλέον μπορεί να προκαλέσει ζημιές σε εσωτερικά όργανα όπως το ήπαρ, η σπλήνα, τα πνευμόνια, και την εντερική οδό, ενώ μπορεί και να εκτινάξει το θύμα σε απόσταση προκαλώντας διάφορους σωματικούς τραυματισμούς. Τέλος, τραυματισμοί μπορούν να προκληθούν και από εκτινασσόμενα υλικά από το σημείο του κεραυνικού πλήγματος. [6] 25

32 2.5 Επιπτώσεις στα αεροσκάφη Πλήγματα από κεραυνούς σε αεροπλάνα συμβαίνουν περίπου ένα σε 3200 ώρες πτήσης. Η μεγάλα πλειονότητα των πληγμάτων συμβαίνει σε ύψη κάτω από 4000m αν και τυχαία πλήγματα έχουν καταγραφεί μέχρι τα 8000m. Αυτές οι θέσεις (που συμβαίνουν τα πλήγματα) καθορίζονται από τα συνηθισμένα ύψη των φορτισμένων σύννεφων τα οποία, στις εύκρατες ζώνες, συγκεντρώνονται γύρω στα 2500m τα αρνητικά φορτισμένα και στα 6000m τα θετικά φορτισμένα. Στις τροπικές περιοχές και τα δύο είδη φορτισμένων σύννεφων συγκεντρώνονται ψηλότερα. Επειδή τα ύψη πτήσης των μοντέρνων αεροσκαφών είναι πάνω από τα ύψη που αναφέρονται, μεγαλύτερο κίνδυνο από πλήγμα κεραυνού διατρέχουν κατά τη διάρκεια της απογείωσης και προσγείωσης. Τα αεροσκάφη είναι οι μόνες κατασκευές οι οποίες επηρεάζονται και από τις εκφορτίσεις στη γη και απ αυτές που συμβαίνουν μέσα στα σύννεφα. Υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των εκφορτίσεων στα σύννεφα, οι οποίες αν και δεν περιέχουν μεγάλα κρουστικά ρεύματα, της τάξης των Α με μέση διάρκεια περίπου 500ms, τα μέγιστα φορτία που περιέχονται είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με εκείνα που παρατηρούνται σε πολλαπλούς κεραυνούς στη γη, περίπου 400C ή μεγαλύτερα. Όταν ένα μεταλλικό αεροπλάνο πετάει μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο που υπάρχει μέσα ή κάτω από ένα ηλεκτρισμένο σύννεφο, βραχυκυκλώνει μέρος αυτού του πεδίου. Σ αυτή τη περίπτωση συμπεριφέρεται σαν απαγωγέας κεραυνών. Βλέποντας τις γεωμετρικές του διαστάσεις και τη θέση πτήσης, αναμένεται να βραχυκυκλώνει μεγαλύτερο μέρος της οριζόντιας συνιστώσας του ηλεκτρικού πεδίου από ότι της καθέτου συνιστώσας. Σ αυτές τις συνθήκες και εφ όσον τα μεγέθη των σημειακών εκφορτίσεων αυξάνονται απότομα με την ταχύτητα του αέρα, το αεροσκάφος πιθανόν να αναπτύξει επιμέρους έντονες διασπάσεις κορόνα στα άκρα του και αυτές μπορούν να γίνουν τόσο ισχυρές, ώστε να προκαλέσουν εκφόρτιση κεραυνού με τον ίδιο τρόπο όπως ένα ψηλό κτήριο (σχήμα 2.11) 26

33 Σχήμα 2.11: Η συμπεριφορά ενός αεροσκάφους κάτω από ένα φορτισμένο σύννεφο. [1] Εναλλακτικά, ένα οχετός κεραυνού μπορεί στη πορεία του να πλησιάζει ένα αεροσκάφος και να προσελκυσθεί από αυτό. Οποιοσδήποτε μηχανισμός και να εφαρμόζεται, το ρεύμα του κεραυνού εισέρχεται από το ένα άκρο του σκάφους και εξέρχεται από το άλλο, αν και υποθέτοντας ότι ένα αεροπλάνο που πετάει με 500mph καλύπτει 220m/s, τα σημεία αγωγής σαρώνουν τμήμα της επιφάνειας του αεροπλάνου. Αυτό τυχαία γίνεται αντιληπτό από μία σειρά κοίλων σημαδιών κατά μήκος της ατράκτου. Στο σχήμα 2.12 μπορούμε να δούμε τις περιοχές τις επιφάνειας του αεροσκάφους που υπάρχει πιθανότητα να πληγούν και τη μορφή του πλήγματος. 27

34 Σχήμα 2.12: Περιοχές με πιθανότητα να πληγούν, βάσει πειραματικών αποτελεσμάτων. 1Α: περιοχή με μικρή πιθανότητα να προσελκύσει τα πλήγματα. 2Α: περιοχή με μικρή πιθανότητα να παρατηρηθεί σάρωση των σημείων αγωγής. 1Β, 2Β: περιοχή με μεγάλη πιθανότητα να συμβούν οι παραπάνω περιπτώσεις. [1] Η μύτη και η ουρά του αεροσκάφους είναι τα σημεία που πιθανόν να πληγούν περισσότερο ενώ η πιθανότητα να πληγούν τα άκρα των πτερυγίων εξαρτάται πολύ από τον λόγο του ανοίγματος των φτερών προς το μήκος της ατράκτου. Όσο το μήκος του αεροπλάνου αυξάνεται και τα πτερύγια μετατοπίζονται προς τα πίσω ή παίρνουν μορφή δέλτα, η ένταση των πληγμάτων στη μύτη και στην ουρά πιθανόν να αυξηθεί. Οι επιβάτες ενός αεροσκάφους εξ ολοκλήρου μεταλλικού, πρακτικά είναι απρόσβλητοι από οποιοδήποτε ηλεκτρικό σφάλμα. Στις περισσότερες περιπτώσεις αυτοί αγνοούν ότι το αεροσκάφος τους έχει πληγεί ενώ ο πιλότος μπορεί στιγμιαία να τυφλωθεί αν το πλήγμα έρθει σε επαφή με το θάλαμο πλοήγησης. Επίσης έχει διαπιστωθεί, ότι τα πλήγματα σ οποιοδήποτε τμήμα του αεροσκάφους δεν έχουν καμία φυσιολογική επίδραση στο πλήρωμα. Ο πιλότος ενός ξύλινου ή ενός ανεμοπλάνου βρίσκεται σε μεγαλύτερο κίνδυνο. Τέτοια αεροσκάφη μπορεί να καταστραφούν με μηχανική ζημιά στο σκελετό. Ο πιο σοβαρός κίνδυνος υπάρχει σε ένα ανεμοπλάνο το οποίο ανυψώνεται με τη βοήθεια ενός χαλύβδινου σύρματος που είναι συνδεδεμένο σε ένα κινητήρα αυτοκινήτου. Το χαλύβδινο σύρμα 28

35 αποτελεί ένα πολύ μεγάλο απαγωγέα κεραυνών που πιθανόν να προσελκύσει ένα κεραυνό. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και με τα ελικόπτερα τη στιγμή που κατεβάζουν διάφορα φορτία, αν τύχει από κάτω να υπάρχει γραμμή μεταφοράς ή μια ψηλή χαλύβδινή δοκός. [1] 2.6 Επιπτώσεις στα δέντρα Η μεγάλη διάρκεια ουράς του ρεύματος σε ένα μοναδικό πλήγμα είναι εκείνη που είναι υπεύθυνη για την ανάφλεξη εύφλεκτων υλικών. Έχει εξακριβωθεί ότι στις 16 εκκενώσεις κεραυνών οι οποίες μπόρεσαν να καταγραφούν οι 11 που προκάλεσαν πυρκαγιές σε δάση στην δυτική Montana, U.S.A είχαν ρεύματα διάρκειας ουράς περισσότερο από 40ms. Παρ όλα αυτά η παραπάνω πιθανότητα δεν μπορεί να ληφθεί σαν κανόνας, επειδή υλικά του δάσους (ξερά φυτά, εδαφοκάλυμμα κ.λπ.) μπορούν να αναφλεγούν με όχι απαραίτητα τόση μεγάλη διάρκεια ουράς του ρεύματος. Δοκιμές κρουστικών διασπάσεων σε δείγματα με μήκη από 0,5 μέχρι 2m από πολλά είδη δέντρων έδειξαν ότι η αντοχή σε κρουστική τάση μειώνεται από kv/m σε kv/m αν συμβεί διάσπαση μετά από 20 με 55μs. Η εσωτερική αντοχή σε διάσπαση των δέντρων είναι έτσι μικρότερη από ένα διάκενο αέρα ίδιου μήκους. Μετρήσεις αντίστασης έγιναν σε μεγάλη ποικιλία δέντρων. Τέτοιες μετρήσεις έδειξαν ότι στρώμα υγρασίας στην επιφάνεια του δείγματος δεν επηρεάζει αξιοσημείωτα την αντίσταση. Επίσης η επιφανειακή αντίσταση είναι υψηλή σχετικά με την αντίσταση του ξύλου κάτω από το φλοιό. Οι ζημιές που παθαίνουν τα δέντρα εξαρτώνται κυρίως από τη μορφή του φλοιού. Δέντρα με λείο φλοιό, σπανίως παθαίνουν σοβαρές ζημιές και συνήθως λεπτά φύλλα του φλοιού δακρύζουν. Αυτό αποδεικνύει ότι το περισσότερο ρεύμα του κεραυνού εκφορτίζεται σε ένα τμήμα της διατομής της εξωτερικής επιφάνειας του κορμού. Αντίθετα, δέντρα με ανώμαλο φλοιό, όπως τα κωνοφόρα συνήθως παρουσιάζουν ένα ή δύο με τρία στενά αυλάκια, υπό μορφή σπείρας, κατά μήκος του κορμού, τα οποία φτάνουν μέχρι τα πιο έξω στρώματα του εσωτερικού του κορμού. Αυτές οι μεγάλες σχισμές φλοιού, σε εξαιρετικές περιπτώσεις μπορούν να πεταχτούν σε αρκετή απόσταση. Με τον μηχανισμό του πλήγματος σε ένα δέντρο που περιγράφηκε παραπάνω, μπορεί να υποτεθεί ότι το ρεύμα κεραυνού που διαχέεται σ ένα δέντρο με ανώμαλο φλοιό πρώτα ακολουθεί την διεύθυνση των ινών του ξύλου της καμπύλης περιοχής, μέσα σε μερικά μικροδευτερόλεπτα, με εξωτερικό σπινθηρισμό. Τα υπό μορφής σπείρας αυλάκια εξαρτώνται από τις διαφορετικές ειδικές αντιστάσεις του φλοιού και την ηλεκτρομαγνητική έλξη μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών ρευμάτων. Ωστόσο αυτός ο υποθετικός μηχανισμός χρειάζεται διευκρίνηση. Εκείνο που μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα είναι ότι εκείνο που είναι ευρέως διαδεδομένο, ότι δηλαδή οι ζημιές που προκαλούνται σε ένα δέντρο οφείλονται στην απότομη εξάτμιση της υγρασίας που υπάρχει μεταξύ του εξωτερικού φλοιού και του εσωτερικού κορμού, είναι αβάσιμο. [1] 29

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΛΗΓΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟ ΣΤΟΝ ΕΛΛΑΔΙΚΟ ΧΩΡΟ Στο κεφάλαιο αυτό θα παρουσιαστούν αναλυτικά τα δεδομένα σχετικά με τα πλήγματα από κεραυνό στην Ελλάδα τα τελευταία τέσσερα χρόνια, κατά την περίοδο από το 2011 μέχρι το Η ανάλυση των κεραυνικών πληγμάτων έχει γίνει με την σειρά σε έτη, μήνες και ημέρες για το κάθε είδος συμβάντος. Για την συγκεκριμένη έρευνα λάβαμε υπόψιν γραπτές μόνο αναφορές των κεραυνικών πληγμάτων κατά την προς εξέταση περίοδο και όχι προφορικές μαρτυρίες. Το σύνολο των κεραυνικών πληγμάτων προέρχονται από καταγραφές στον ηλεκτρονικό κυρίως τύπο της χώρας, ενώ η εγκυρότητα των καταγραφών ελέγχθηκε διεξοδικά και παρουσιάζονται μόνο αναφορές που περιέχουν λεπτομερή στοιχεία για τον χρόνο, τον τόπο και τις συνθήκες υπό τις οποίες έλαβε χώρα το εκάστοτε συμβάν. 3.1 Στατιστική ανάλυση των θανάτων εξαιτίας κεραυνών Από τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν κατά την εξεταζόμενη περίοδο κατασκευάστηκε το ιστόγραμμα του σχήματος 3.1. Το διάγραμμα μας δίνει τον αριθμό των θανάτων που προκλήθηκαν από χτύπημα κεραυνού στην Ελλάδα την περίοδο από το 2011 μέχρι και Παρατηρούμε ότι το 2012 δεν υπήρξε κανένα θανατηφόρο ατύχημα από πτώση κεραυνού. Αντίθετα, το 2013 είναι η χρονιά με τα περισσότερα περιστατικά θανάτων από κεραυνικά πλήγματα, αφού έχουν καταγραφεί 4 περιπτώσεις θανάτων, αριθμός που αντιστοιχεί σε ποσοστό 44,4% επί του συνόλου των θανατηφόρων περιστατικών που καταγράφηκαν κατά την τετραετία To 2014 καταγράφηκαν 3 περιστατικά θανάτων, ενώ 2 περιστατικά θανάτου από κεραυνικό πλήγμα καταγράφηκαν το Ο συνολικός αριθμός των θυμάτων κατά την εξεταζόμενη περίοδο ανέρχεται σε 9, με το μέσο όρο να υπολογίζεται σε 2,25 θύματα ανά έτος. 30

37 Σχήμα 3.1: Διάγραμμα κατανομής θανάτων στην Ελλάδα ανά έτος Μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ των μηνών παρατηρούνται στο διάγραμμα του σχήματος 3.2. Στο εν λόγω ιστόγραμμα παρουσιάζεται η κατανομή των θανάτων από κεραυνό ανά μήνα για την χρονική πείοδο από το 2011 μέχρι το Αμέσως παρατηρούμε ότι οι περισσότεροι θάνατοι έχουν σημειωθεί κάτα τη διάρκεια του μήνα Σεπτεμβρίου όπου έχουμε 5 περιστατικά θανάτων από πτώση κεραυνού, αριθμός που αντιστοιχεί στο 55,6% του συνόλου των απωλειών, ενώ από ένας θάνατος έχει σημειωθεί τους μήνες Μάρτιο, Μάιο, Αύγουστο και Νοέμβριο. Ιδιαίτερο ενδιαφερον παρουσιάζει το γεγονός ότι το ποσοστό των θανάτων που σημειώθηκαν την καλοκαιρινή περίοδο, δηλαδή από το Μάιο μέχρι τον Σεπτέμβρη, αντιστοιχεί στο 77,8% των συνολικών απωλειών. Σχήμα 3.2: Διάγραμμα κατανομής θανάτων στην Ελλάδα ανά μήνα 31

38 Οι καταγραφές της ΕΜΥ καθώς και του Εργαστηρίου Υψηλής Τάσης του πανεπιστημίου Πατρών, υποδεικνύουν ότι οι μεγαλύτερες καταιγίδες στην Ελλάδα καταγράφονται από το Μάιο μέχρι τον Σεπτέμβρη και από τον Ιανουάριο μέχρι τον Φεβρουάριο. Ωστόσο, τα ατυχήματα συμβαίνουν κυρίως κατά την διάρκεια της πρώτης περιόδου, δηλαδή από το τέλος της άνοιξης μέχρι και το καλοκαίρι. Η πιο συγκεντρωμένη κατανομή ατυχημάτων μπορεί να συμβαίνει, επειδή οι άνθρωποι είναι εκτεθειμένοι στους κεραυνούς πιο συχνά στους μήνες του μεσοκαλόκαιρου (φαινόμενο μεσοκαλόκαιρου).το φαινόμενο αυτό, σε συνδυασμό με το μεγάλο αριθμό των ανθρώπων που εργάζονται σε εξωτερικούς χώρους, όπως αγρότες και βοσκοί, που ζουν στην επαρχία και δουλεύουν στην ύπαιθρο κυρίως κατά την διάρκεια του καλοκαιριού, έχει ως αποτέλεσμα το μεγάλο αριθμό θανάτων κατά την διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου. Από την ανάλυση των περιπτώσεων θανάτων από κεραυνό για την περίοδο παρατηρούμε ότι δύο από τα θύματα είναι βοσκοί και ακόμη δύο είναι ψαράδες, ποσοστό που συνολικά αντιστοιχεί στο 44,4% των περιπτώσεων. Μεταξύ των θυμάτων περιλαμβάνονται επίσης ένας κυνηγός, ένας ανθυπαστυνόμος, ένας τουρίστας και ένας ποδοσφαιριστής. Όλα τα θύματα ήταν ενήλικα, ενώ αξιοσημείωτο είναι και το γεγονός ότι όλα τα θύματα ήταν άνδρες. Τέλος, όσον αφορά την κατανομή των περιστατικών στις ημέρες της εβδομάδας, με βάση το σχήμα 3.3 παρατηρούμε ότι την Πέμπτη και την Παρασκευή έχουν σημειωθεί τα περισσότερα θανατηφόρα περιστατικά, με την κάθε μια από τις παραπάνω ημέρες να αριθμεί 3 θανάτους από κεραυνικά πλήγματα. Από ένα περιστατικό έχει σημειωθεί τις ημέρες Δευτέρα Τετάρτη και Κυριακή, ενώ κανένα περιστατικό δεν έχει σημειωθεί Σάββατο και Τρίτη. Το γεγονός ότι η Παρασκευή και η Πέμπτη είναι οι ημέρες της εβδομάδας με τα περισσότερα περιστατικά δεν μπορεί να στηριχθεί σε κάποια θεωρία, ενώ λαμβάνοντας υπόψιν και τον περιορισμένο αριθμό των θανατηφόρων περιστατικών, μπορούμε να πούμε με ασφάλεια ότι όλες οι ημέρες της εβδομάδας είναι εξίσου πιθανές για θανατηφόρο κεραυνικό πλήγμα. 32

39 Σχήμα 3.3: Διάγραμμα κατανομής θανάτων στην Ελλάδα ανά ημέρα Στην αναφορά [7], η ισοδύναμη επιφάνεια ενός ανθρώπου, με ύψος h=2m, προσδιορίζεται ως A e =1, km 2. Ο άνθρωπος υπολογίζεται σε μια ανοιχτή επιφάνεια και υποθέτουμε ένα ρεύμα κεραυνού 31 ΚA κατά μέσο όρο. Δεν έχει σημασία πόσο έντονη είναι η δραστηριότητα του κεραυνού (N g ). Η πιθανότητα ενός ανθρώπου να χτυπηθεί από κεραυνό σε αυτή την περιοχή είναι μικρότερη από ~1 σε χίλια χρόνια. Στην πραγματικότητα ωστόσο κατά τη διάρκεια βαριάς καταιγίδας το στιγμιαίο N g μπορεί να είναι πάνω από 100 αστραπές ανά km 2, το οποίο σημαίνει ότι ένα άτομο, το οποίο βρίσκεται στην περιοχή αυτή, όταν λαμβάνει χώρα μια καταιγίδα έχει περισσότερες πιθανότητες να χτυπηθεί από κεραυνό από το υπολογιζόμενο N g της περιοχής και την ισοδύναμη επιφάνειά του. Τα περισσότερα περιστατικά έλαβαν χώρα στο τέλος του καλοκαιριού, όπου οι καταιγίδες είναι ξαφνικές μετά από μία μεγάλη περίοδο ξηρασίας. Ως εκ τούτου, από τις παραμέτρους που επηρεάζουν την ανάπτυξη επικίνδυνων διακυμάνσεων τάσης, οι οποίες είναι ικανές για παραγωγή παρακλαδιών κεραυνού και ανάπτυξη βηματικής τάσης, τουλάχιστον για την Ελλάδα, η μεγάλη αντίσταση εδάφους φαίνεται πως παίζει το μεγαλύτερο ρόλο. Ο περιορισμένος αριθμός θυμάτων κατά τη διάρκεια καταιγίδων τον χειμώνα υποστηρίζει την άποψη αυτή. Από την άλλη πλευρά δεν μπορούμε να παραβλέψουμε το γεγονός ότι κάποιος μπορεί να υποστηρίξει πως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού περισσότεροι άνθρωποι είναι εκτεθειμένοι, ειδικά οι ψαράδες, οι αγρότες και οι βοσκοί. Αυτοί, όπως είδαμε αποτελούν σημαντικό ποσοστό των θυμάτων. Κανένας θάνατος σε εσωτερικό χώρο δεν έχει αναφερθεί. Έτσι καμία έλλειψη, αποτυχημένη ή δυσλειτουργική εγκατάσταση προστασίας από κεραυνούς δεν μπορεί να καταγραφεί ως αιτία θανάτου τα τελευταία 4 χρόνια. Παρόλα αυτά, αιτίες μπορεί να αναζητηθούν στην έλλειψη κατάλληλης ενημέρωσης (και εκπαίδευσης) η οποία είναι απαραίτητη για τα άτομα, ώστε να ξέρουν πως θα προστατευτούν σε περίπτωση που βρίσκονται σε ανοιχτό χώρο κα έρχεται μια καταιγίδα. Όλες οι απώλειες καταγράφηκαν 33

40 σε ατυχήματα εξωτερικού χώρου με μέσο ποσοστό θανάτων d m =2,25 θύματα τον χρόνο, για τα 4 χρόνια αυτής της έρευνας Σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό Σε μια προσπάθεια να κάνουμε συγκρίσεις ανάμεσα σε δύο χώρες ή δύο περιοχές σχετικά με τους θανάτους από κεραυνό μπορούμε να εισάγουμε ένα συντελεστή θνησιμότητας, το D r. Αυτός ο συντελεστής θα εκφράζει το σχετικό αριθμό θανάτων εξαιτίας κεραυνού σε μία χώρα ή επαρχία, λαμβάνοντας υπόψη τον πληθυσμό, την έκταση και την μέση δραστηριότητα κεραυνού (N g ). Έτσι η σύγκριση γίνεται πιο αξιόπιστη από το να συγκρίναμε μόνο τον μέσο όρο θανάτων ή αν λαβαίναμε υπόψιν μόνο τον πληθυσμό των περιοχών. Ο τύπος για τον προσδιορισμό του συντελεστή θνησιμότητας από κεραυνό σε μία χώρα ή επαρχία, που ονομάζεται σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό D r, είναι ο εξής: D r = n 1012 n A N g d i P i i=1 (3. 1) Όπου D r n ο σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό ο αριθμός των χρόνων που λήφθηκαν υπόψιν Α η έκταση της χώρας ή της επαρχίας σε km 2 N g d i P i ο αριθμός των κεραυνών ανά km 2 τον χρόνο ο αριθμός θανάτων εξαιτίας κεραυνού κατά το έτος i ο πληθυσμός της χώρας ή της επαρχίας κατά το έτος i Γι αυτόν τον συντελεστή, δηλαδή τον σχετικό συντελεστή θανάτου από κεραυνό D r, η σύγκριση μεταξύ δύο χωρών ή περιοχών μπορεί να υλοποιηθεί σε μια ισότιμη βάση και μπορούν να αντληθούν συσχετιζόμενες παρατηρήσεις και συμπεράσματα. Επιπρόσθετα αυτός ο συντελεστής μπορεί απλώς να είναι ένα κριτήριο για την αποτελεσματικότητα των μέτρων προστασίας από κεραυνούς καθώς και για τα αποτελέσματα των ενημερωτικών και εκπαιδευτικών εκστρατειών σχετικά με τα μέτρα προστασίας ενάντια στον κίνδυνο των κεραυνών. Οι υπεύθυνες αρχές πρέπει να έχουν ως στόχο την μείωση αυτού του συντελεστή. 34

41 Για την Ελλάδα με βάση αυτά τα δεδομένα της παρούσας έρευνας, δηλαδή 9 θάνατοι σε 4 χρόνια, με μέσο N g για όλη την χώρα ίσο με 4,8, με πληθυσμό P= [8] και με έκταση Α= km 2 ο σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό D r για την Ελλάδα δηλαδή D r-greece έχει υπολογιστεί ίσος με: D r-greece =0,33 Εκτός από τον σχετικό συντελεστή θανάτου από κεραυνό D r μιας χώρας ή μιας, ένας συντελεστής με ετήσια βάση, μπορεί να προσφέρει ενδιαφέρουσες πληροφορίες για τον συγκεκριμένο χρόνο. Ο τύπος για τον υπολογισμό θα πρέπει να έχει στον παρονομαστή την πυκνότητα των κεραυνών (ανά km) όπως ακριβώς καταγράφεται (ή προσδιορίζεται από τον τύπο του Eriksson [5]) κατά την διάρκεια του έτους που διερευνάται. D ri = 1012 d i A N gi P i (3. 2) Όπου D ri d i ο σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό το έτος i ο αριθμός θανάτων εξαιτίας κεραυνού κατά το έτος i A η έκταση της χώρας ή της περιοχής σε km 2 N gi P i οι κεραυνοί ανά km 2 κατά το έτος i ο πληθυσμός της χώρας ή της περιοχής κατά το έτος i Ο υπολογισμός αυτού του συντελεστή για κάθε χώρα, κάθε έτος, θα προσφέρει ενδιαφέρουσες πληροφορίες για μια χρονική περίοδο και επιπλέον θα είναι ένας συντελεστής της αποτελεσματικότητας όλων των μέτρων για την προστασία από τους κεραυνούς και για την προσπάθεια ευαισθητοποίησης πάνω σ αυτό το θέμα κατά τα τελευταία χρόνια. [7] 35

42 3.1.2 Υπολογισμός του σχετικού συντελεστή θανάτου από κεραυνό Dr των γεωγραφικών περιοχών της Ελλάδας Από το σχήμα 3.4, όπου μας παρέχεται ο ισοκεραυνικός χάρτης της Ελλάδας, μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι υπάρχουν μεγάλες αποκλίσεις στις ημέρες καταιγίδας ανά έτος (T d ) ανάμεσα σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας. Διαπιστώνουμε επίσης ότι υπάρχουν περιοχές κοντινές η μία στην άλλη με τις ίδιες ημέρες καταιγίδας. Ένα παράδειγμα είναι η βορειοδυτική Ελλάδα όπου η Ήπειρος και η Δυτική Μακεδονία έχουν τον ίδιο αριθμό ημερών καταιγίδας. Έτσι μπορούμε να χωρίσουμε την χώρα σε γεωγραφικές περιοχές όπου η κάθε μία θα έχει ένα μέσο N g, υπολογισμένο από τον τύπο N g =0,04 T d 1.25, και έπειτα να προσδιορίσουμε τους επιμέρους σχετικούς συντελεστές θανάτου από κεραυνό (D r ). Θα αποφύγουμε να συμπεριλάβουμε περιοχές με τον ίδιο αριθμό ημερών καταιγίδας οι οποίες δεν γειτνιάζουν, όπως τα νησιά του Βορειοανατολικού Αιγαίου - Δωδεκάνησα και η Βόρεια Ελλάδα όπου έχουν T d =50 ημέρες και οι δύο. Τα συμπεράσματα από τον προσδιορισμό του συντελεστή D r δεν θα ήταν χρήσιμα για τις τοπικές αρχές αφού μιλάμε για περιοχές που δεν είναι γειτονικές και οι τοπικές αρχές πολύ πιθανόν να μην συνεργάζονται. Σχήμα 3.4 : Χάρτης ισοκεραυνικών καμπύλών, σε ημέρες καταιγίδων κατ έτος για την Ελλάδα. [3] 36

43 Έτσι ο χωρισμός της χώρας θα γίνει σε 7 περιοχές και αυτές είναι οι εξής: - Ήπειρος-Δυτική Μακεδονία (μέσο T d = 80 ημέρες) - Κεντρική και Ανατολική Μακεδονία-Θράκη (μέσο T d = 50 ημέρες) - Δυτική Ελλάδα (μέσο T d = 40 ημέρες) - Θεσσαλία-Ανατολική Πελοπόννησος-Ανατολική Στερεά-Κυκλάδες (μέσο T d = 20 ημέρες) - Ιόνιο (μέσο T d = 70 ημέρες) - Βορειοανατολικό Αιγαίο-Δωδεκάνησα (μέσο T d = 50 ημέρες) - Κρήτη (μέσο T d = 35 ημέρες) Ο νομός Ευρυτανίας συμπεριλαμβάνεται στην Δυτική Ελλάδα και όχι στην Στερεά γιατί οι ημέρες καταιγίδας του είναι πιο κοντά στις 40 ημέρες. Στον πίνακα 3.1 δίνονται τα χαρακτηριστικά των περιοχών αυτών, δηλαδή το μέσο N g, ο πληθυσμός, η έκταση και οι απώλειες που υπήρχαν κατά την τετραετή έρευνα. 37

44 Πίνακας 3.1 Πληθυσμός P Έκταση Α 1.25 Μέσο N g =0,04 T d Απώλειες (ανά km 2 ) (km 2 ) Ήπειρος-Δυτική 9, Μακεδονία Κεντρική και 5, Ανατολική Μακεδονία- Θράκη Δυτική Ελλάδα 4, Θεσσαλία- 1, Ανατολική Πελοπόννησος- Ανατολική Στερεά-Κυκλάδες Ιόνιο 8, Βορειοανατολικό 5, Αιγαίο- Δωδεκάνησα Κρήτη 3, Στον πίνακα 3.2 δίνεται ο σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό D r της κάθε περιοχής που υπολογίστηκε από την σχέση (3.1). Πίνακας 3.2 Σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό (D r ) Ήπειρος-Δυτική Μακεδονία 2,26 Κεντρική και Ανατολική Μακεδονία- 2,29 Θράκη Δυτική Ελλάδα 0,53 Θεσσαλία-Ανατολική Πελοπόννησος- 1,55 Ανατολική Στερεά-Κυκλάδες Ιόνιο 0 Βορειοανατολικό Αιγαίο-Δωδεκάνησα 0 Κρήτη 0 Παρατηρούμε ότι το μεγαλύτερο πρόβλημα εμφανίζεται στις περιοχές Κεντρική και Ανατολική Μακεδονία-Θράκη και Ήπειρος-Δυτική Μακεδονία, όπου ο σχετικός 38

45 συντελεστής θανάτου από κεραυνό είναι αρκετά υψηλός σε σχέση με τις υπόλοιπες περιοχές. Οι εκεί τοπικές αρχές θα πρέπει να προσπαθήσουν να μειώσουν αυτόν το συντελεστή μέσω της ενημέρωσης και της εκπαίδευσης των κατοίκων για τη συμπεριφορά τους σε περίπτωση που βρεθούν μέσα σε μια καταιγίδα. Από την άλλη, παρατηρούμε ότι σε όλα τα νησιά της Ελλάδος πλην των Κυκλάδων ο σχετικός συντελεστής θανάτου από κεραυνό ισούται με μηδέν, μιας και δεν υπήρχε κανένα συμβάν θανάτου από κεραυνό τα τελευταία 4 έτη. Αυτό είναι ενθαρρυντικό και μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι κάτοικοι των περιοχών αυτών είναι πιο ευαισθητοποιημένοι πάνω στο θέμα αυτό. 3.2 Στατιστική ανάλυση των τραυματισμών εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που έχουν συλλεχθεί κατά την εξεταζόμενη περίοδο εξήχθη το ιστόγραμμα που φαίνεται στο σχήμα 3.5. Το διάγραμμα αυτό μας δίνει τον αριθμό των τραυματισμών από χτύπημα κεραυνού στην Ελλάδα ανά έτος για την περίοδο από το 2011 έως και το Μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι το 2014 είναι το έτος με τα περισσότερα περιστατικά τραυματισμών από πτώση κεραυνού με τον αριθμό τους να ανέρχεται σε 8, διπλάσιος σε σχέση με τα 4 περιστατικά που καταγράφηκαν το 2011 που είναι η αμέσως επόμενη χρονιά σε πλήθος τραυματισμών από κεραυνό. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι 6 από τους 8 τραυματισμούς που καταγράφηκαν το 2014 συνέβησαν στο ίδιο περιστατικό. Ακολουθεί το 2013 με 3 περιστατικά τραυματισμών από κεραυνό, ενώ κανένα περιστατικό δεν έχει καταγραφεί το Ο συνολικός αριθμός των τραυματισμών για την περίοδο ανέρχεται σε 15 περιστατικά, με τον μέσο όρο να υπολογίζεται σε 3,75 τραυματισμούς από κεραυνικά πλήγματα ανά έτος. Σχήμα 3.5: Διάγραμμα κατανομής τραυματισμών στην Ελλάδα ανά έτος. 39

46 Στην αναφορά [9], τα περιστατικά τραυματισμών από κεραυνικά πλήγματα σε παγκόσμιο επίπεδο εμφανίζονται να είναι 10 φορές περισσότερα από τα αντίστοιχα περιστατικά θανάτων. Από την παρούσα έρευνα που αφορά τα κεραυνικά πλήγματα στην Ελλάδα για την τετραετία , παρατηρούμε ότι για κάθε ένα περιστατικό θανάτου από κεραυνικό πλήγμα αντιστοιχούν 1,67 περιστατικά τραυματισμών. Στο διάγραμμα του σχήματος 3.6 αποτυπώνεται η κατανομή των τραυματισμών από πτώση κεραυνού στην Ελλάδα ανά μήνα για την περίοδο Ο Νοέμβριος εμφανίζεται ως ο μήνας με τα περισσότερα καταγεγραμμένα περιστατικά τραυματισμών από κεραυνούς (7 τον αριθμό), με τον Σεπτέμβριο και τον Ιούνιο να ακολουθούν με 3 και 2 καταγεγραμμένα περιστατικά αντίστοιχα. Από ένα περιστατικό έχει καταγραφεί τους μήνες Μάρτιο, Μάιο και Δεκέμβριο, ενώ κανένα περιστατικό τραυματισμού δεν έχει σημειωθεί τους μήνες Ιανουάριο, Φεβρουάριο, Απρίλιο, Ιούλιο, Αύγουστο και Οκτώβριο. Από το διάγραμμα παρατηρούμε ότι το 40% των τραυματισμών έχει σημειωθεί κατά την καλοκαιρινή περίοδο, από τον Μάιο μέχρι το Σεπτέμβριο, ενώ μόνο το μήνα Νοέμβριο έχει καταγραφεί το 46,7% επί του συνολικού αριθμού των τραυματισμών, γεγονός που οφείλεται στο ότι οι 6 από τους 7 τραυματισμούς που καταγράφηκαν τον Νοέμβριο αναφέρθηκαν στο ίδιο περιστατικό κεραυνικού πλήγματος. Σχήμα 3.6: Διάγραμμα κατανομής τραυματισμών στην Ελλάδα ανά μήνα. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι ανάμεσα στα θύματα έχουμε και δύο παιδιά, ως εκ τούτου το ποσοστό των περιπτώσεων που αντιστοιχεί σε τραυματισμό ανηλίκων από κεραυνό ανέρχεται σε 13,3%. 40

47 Όσον αφορά την κατανομή των περιστατικών τραυματισμού στις ημέρες της εβδομάδας, στο ιστόγραμμα του σχήματος 3.7 παρατηρούμε ότι τα περισσότερα περιστατικά τραυματισμών έχουν καταγραφεί την Πέμπτη (7 τον αριθμό), ενώ 4 περιστατικά έχουν καταγραφεί ημέρα Τρίτη. Οι υπόλοιπες ημέρες της εβδομάδας πλην της Παρασκευής για την οποία δεν έχει καταγραφεί κανένας τραυματισμός, εμφανίζουν από ένα περιστατικό τραυματισμού. Ο μεγάλος αριθμός περιστατικών που έχουν καταγραφεί την Πέμπτη οφείλεται στο γεγονός ότι οι 6 από τους 7 τραυματισμούς που αναφέρθηκαν την συγκεκριμένη ημέρα προέρχονται από το ίδιο περιστατικό. Πέραν αυτού, η κατανομή αυτή των τραυματισμών στις ημέρες της εβδομάδας δεν μπορεί να εξηγηθεί με την βοήθεια κάποιας θεωρίας και μπορεί να θεωρηθεί τυχαία. Σχήμα 3.7: Διάγραμμα κατανομής τραυματισμών στην Ελλάδα ανά ημέρα. 3.3 Στατιστική ανάλυση των θανάτων ζώων εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά την περίοδο 2011 έως 2014 δημιουργήθηκε το ιστόγραμμα που φαίνεται στο σχήμα 3.8, στο οποίο παρουσιάζεται ο αριθμός των θανάτων ζώων από κεραυνό ανά έτος κατά την περίοδο αυτή. Παρατηρούμε ότι το 2012 ο αριθμός των θανάτων ζώων από κεραυνό ανέρχεται σε 500, αριθμός υπερδιπλάσιος σε σχέση με το 2013 που ακολουθεί σε αριθμό περιστατικών, με 245 νεκρά ζώα. Ακολουθεί το 2014 με 150 θανάτους, ενώ το 2011 ήταν η χρονιά με τα λιγότερα περιστατικά αφού ο αριθμός των νεκρών ζώων εξαιτίας κεραυνού ανήλθε σε 84. Ο εντυπωσιακά μεγάλος αριθμός θανάτων ζώων που καταγράφηκε κατά το 2012 οφείλεται σε ένα μόνο περιστατικό, τον Αύγουστο της χρονιάς αυτής, όταν κεραυνός έπεσε δίπλα σε στάνη στην Βασιλίτσα Ιωαννίνων. Ο συνολικός αριθμός των 979 θανάτων ζώων από κεραυνό στην Ελλάδα κατά την εξεταζόμενη περίοδο, οδηγεί σε έναν υπολογισμένο μέσο όρο των 244,75 θανάτων ανά έτος. 41

48 Σχήμα 3.8: Διάγραμμα κατανομής θανάτων ζώων στην Ελλάδα ανά έτος. Στο διάγραμμα του σχήματος 3.9 παρουσιάζεται η κατανομή των θανάτων ζώων από κεραυνό ανά μήνα για την χρονική περίοδο Παρατηρούμε ότι το σύνολο σχεδόν των θανάτων (ποσοστό 96,2%) έχουν σημειωθεί κατά τους μήνες Ιούνιο Ιούλιο και Αύγουστο, κατά την διάρκεια δηλαδή της καλοκαιρινής περιόδου, με τον Αύγουστο να είναι ο μήνας με τα περισσότερα νεκρά ζώα εξαιτίας κεραυνών αφού ο αριθμός των 583 θανάτων αντιστοιχεί σε ένα ποσοστό 60,2% επί του συνόλου των απωλειών. Πέραν από τους 3 μήνες του καλοκαιριού, άλλοι 37 θάνατοι ζώων από κεραυνό έχουν καταγραφεί τον Νοέμβριο, ενώ δεν έχει καταγραφεί κανένα περιστατικό κατά τους υπόλοιπους 8 μήνες του έτους. Σχήμα 3.9: Διάγραμμα κατανομής θανάτων ζώων στην Ελλάδα ανά μήνα. Σχετικά με την κατανομή των περιστατικών θανάτων ζώων στις ημέρες της εβδομάδος, από το ιστόγραμμα του σχήματος 3.10, παρατηρούμε ότι η Τετάρτη είναι η ημέρα κατά 42

49 την οποία εμφανίζονται οι περισσότεροι θάνατοι ζώων, ενώ υπάρχει μια σχετική ισορροπία μεταξύ της Δευτέρας, της Τρίτης, της Παρασκευής και του Σαββάτου όπου το πλήθος των περιστατικών εμφανίζεται μοιρασμένο. Κανένα περιστατικό δεν έχει καταγραφεί ημέρα Κυριακή. Ο μικρός αριθμός των περιστατικών (μόλις 9) και οι μεγάλες αποκλίσεις στον αριθμό των νεκρών ζώων του κάθε περιστατικού, ευθύνονται για το γεγονός ότι δεν έχουμε μια ομοιόμορφη κατανομή όπως ίσως να περιμέναμε. Σχήμα 3.10: Διάγραμμα κατανομής θανάτων ζώων στην Ελλάδα ανά ημέρα. Παρατηρούμε ότι ο αριθμός των θανάτων ζώων από κεραυνό κατά την εξεταζόμενη χρονική περίοδο είναι δυσανάλογος σε σχέση με τον αριθμό των πληγμάτων κατά την περίοδο αυτή (957 έναντι 8 πληγμάτων). Εύκολα μπορεί να γίνει επομένως αντιληπτό ότι από ένα και μόνο πλήγμα μπορεί να σκοτωθούν πολλά ζώα, σε αντίθεση με τα περιστατικά των ανθρώπων όπου έχουμε συνήθως μία απώλεια ανά κεραυνικό πλήγμα. Η διαφορά αυτή έγκειται πιθανότατα στη «βηματική τάση» η οποία γίνεται μεγαλύτερη στα ζώα όπου το άνοιγμα των άκρων τους είναι μεγαλύτερο. Άλλος ένας λόγος μπορεί να είναι ότι η συγκέντρωση των ζώων που είναι σε κοπάδια είναι μεγαλύτερη, δηλαδή ανά μονάδα επιφάνειας έχουμε περισσότερα ζώα. 3.4 Στατιστική ανάλυση των πυρκαγιών εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που έχουν συλλεχτεί για την χρονική περίοδο , δημιουργήθηκε το ιστόγραμμα το οποίο παρουσιάζεται στο σχήμα Από το διάγραμμα αυτό μπορούμε να λάβουμε τον αριθμό των πυρκαγιών από χτύπημα κεραυνού στην Ελλάδα ανά έτος, για την συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι ο αριθμός των πυρκαγιών που οφείλονται σε χτύπημα κεραυνού παρουσιάζει μια 43

50 ξεκάθαρη αυξητική πορεία, από το 2011 μέχρι σήμερα, με τον αριθμό των περιστατικών να αυξάνεται από 5 πυρκαγιές το 2011 σε 19 πυρκαγιές το Το 2012 και το 2013 ο αριθμός των πυρκαγιών ανήλθε σε 10 και 11 αντίστοιχα. Το σύνολο των πυρκαγιών που οφείλονται σε κεραυνικά πλήγματα και έχουν καταγραφεί στην Ελλάδα κατά την χρονική περίοδο της έρευνας ανέρχεται σε 45 πυρκαγιές, με το μέσο όρο να υπολογίζεται σε 11,25 πυρκαγιές ανά έτος. Σχήμα 3.11: Διάγραμμα κατανομής πυρκαγιών στην Ελλάδα ανά έτος. Στο ιστόγραμμα του σχήματος 3.12 αποτυπώνεται η κατανομή των πυρκαγιών που οφείλονται σε κεραυνό ανά μήνα για την περίοδο Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι το μεγαλύτερο ποσοστό των πυρκαγιών (73,4%) εκδηλώθηκαν το διάστημα από το Μάιο μέχρι τον Σεπτέμβρη, δηλαδή από τα τέλη της άνοιξης μέχρι και την καλοκαιρινή περίοδο. Ο Ιούλιος και ο Αύγουστος είναι οι μήνες με το μεγαλύτερο αριθμό πυρκαγιών, με τα περιστατικά να ανέρχονται σε 11 και 8 πυρκαγιές αντίστοιχα. Ακολουθούν ο Ιούνιος, ο Σεπτέμβριος και ο Νοέμβριος με 5 πυρκαγιές από κεραυνό έκαστος, ενώ 4 πυρκαγιές εκδηλώθηκαν το Μάιο. Δύο περιστατικά πυρκαγιών καταγράφηκαν για κάθε έναν από τους μήνες Οκτώβριο και Δεκέμβριο, ενώ τέλος, από μία πυρκαγιά εκδηλώθηκε τους μήνες Ιανουάριο, Φεβρουάριο και Απρίλιο, με τον Μάρτιο να είναι ο μοναδικός μήνας που δεν είχαμε κάποιο περιστατικό πυρκαγιάς που να προήλθε από κεραυνό κατά την διάρκεια των τεσσάρων ετών που μελετάμε. 44

51 Σχήμα 3.12: Διάγραμμα κατανομής πυρκαγιών στην Ελλάδα ανά μήνα. Το γεγονός ότι, όπως προείπαμε, ένα πολύ μεγάλο ποσοστό επί του συνόλου των πυρκαγιών εκδηλώθηκε από τα τέλη της άνοιξης μέχρι και την καλοκαιρινή περίοδο, οφείλεται στο θερμό κλίμα και τη μεγάλη ξηρασία που επικρατεί κατά την διάρκεια της περιόδου αυτής, με αποτέλεσμα να ευνοείται η εκδήλωση των πυρκαγιών και ιδιαίτερα των δασικών. Από την άλλη, κατά την χειμερινή περίοδο, ενώ μπορεί να έχουμε μεγάλες καταιγίδες και κατά συνέπεια μεγάλη πιθανότητα για πυρκαγιά, το κλίμα είναι υγρό και είναι δύσκολο να προκληθεί πυρκαγιά τέτοιας έκτασης ώστε να γίνει αντιληπτή από τον άνθρωπο. Το ιστόγραμμα του σχήματος 3.13 μας δίνει την κατανομή των πυρκαγιών μέσα στις μέρες της εβδομάδος. Παρατηρούμε ότι τις περισσότερες πιθανότητες για την εκδήλωση πυρκαγιάς από κεραυνό συγκεντρώνουν οι ημέρες Δευτέρα και Σάββατο (20% επί του συνόλου των πυρκαγιών η καθεμία) ενώ η μικρότερη πιθανότητα αντιστοιχεί στην Τετάρτη και την Πέμπτη (8,9% επί του συνόλου η καθεμία). Ωστόσο τα αποτελέσματα αυτά δεν χρίζουν ιδιαίτερης μνείας και μπορούν με ασφάλεια να χαρακτηριστούν τυχαία. 45

52 Σχήμα 3.13: Διάγραμμα κατανομής πυρκαγιών στην Ελλάδα ανά ημέρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι από το σύνολο των 45 πυρκαγιών που καταγράφηκαν, οι 28 ήταν δασικές (62,2% του συνόλου), 4 ήταν αγροτικές (8,9% του συνόλου), 3 πυρκαγιές εκδηλώθηκαν σε οικίες (6,7%), 3 πυρκαγιές είχαμε σε μεμονωμένα δένδρα εντός αστικών περιοχών (6,7%), 2 σε αποθήκες γεωργικών προϊόντων (4,4%), 2 σε στύλους της ΔΕΗ (4,4%), ενώ μια πυρκαγιά εκδηλώθηκε σε κτηνοτροφική μονάδα, μία σε σκάφος και μία σε βιοτεχνία. 3.5 Στατιστική ανάλυση των πληγέντων εγκαταστάσεων εξαιτίας κεραυνών Με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά την περίοδο και αφορούν κεραυνικά πλήγματα σε εγκαταστάσεις στην Ελλάδα εξήχθη το ιστόγραμμα του σχήματος Από το εν λόγω διάγραμμα λαμβάνουμε τον αριθμό των πληγέντων εγκαταστάσεων από χτύπημα κεραυνού στην Ελλάδα ανά έτος, για την συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Αυτό που παρατηρούμε είναι ότι το 2014 είχαμε έναν πολύ μικρό αριθμό κεραυνικών πληγμάτων σε εγκαταστάσεις που αντιστοιχεί με τη σειρά του σε ένα πολύ μικρό ποσοστό που φτάνει το 13,2% επί του συνόλου των πληγμάτων. Για τα υπόλοιπα 3 χρόνια η κατανομή των πληγμάτων σε εγκαταστάσεις εμφανίζεται σχεδόν ομοιόμορφη, με το 2012 να έχουμε 12 πλήγματα, αριθμός που αντιστοιχεί σε ποσοστό 31,6% επί του συνόλου, το πλήγματα που με τη σειρά τους αντιστοιχούν σε ποσοστό 28,9% επί του συνόλου, και το πλήγματα από κεραυνούς που αντιστοιχούν σε ποσοστό 26,3% επί του συνόλου των πληγμάτων. Ο συνολικός αριθμός των 38 πληγέντων εγκαταστάσεων εξαιτίας κεραυνών που έχουν καταγραφεί στην Ελλάδα την χρονική περίοδο , οδηγεί σε έναν υπολογισμένο μέσο όρο των 9,5 πληγμάτων ανά έτος. 46