Chispas en cuerpos metálicos conectados a tierra en rayos en las cercanías (dos millas)

Tengo un fenómeno extraño en nuestra cabaña de montaña, en los Alpes italianos: la caída de un rayo cerca (no tan cerca: < 2 millas) provoca chispas audibles/visibles en:

  • Tuberías de calentador de agua eléctrico / de leña (muy frecuentemente)
  • Focos LED (raramente)

Ambos tienen los cuerpos conectados a tierra.

Detalles:

  1. En la oscuridad también veo que se encienden los LED (solo un destello débil)
  2. La iluminación más cercana que vi estaba a > 1/2 milla de la cabina, por lo que no puedo decir cómo el fenómeno se ve afectado por la distancia de los rayos.
  3. El sistema eléctrico y la tierra son nuevos y probados. Ya le pregunté a nuestro electricista pero dice que nuestra tierra es buena, y no sabe qué puede causar el fenómeno (por eso escribo aquí :)
  4. Parece que las chispas ocurren solo con cuerpos de metal físicamente unidos a una pared que tiene el suelo del otro lado (la cabaña está en una pendiente; el nivel del suelo en la parte trasera es unos 4 metros más alto que en el frente. La pared está hecha de piedras y concreto, alrededor de 30" de ancho)
  5. La cabina es una de las últimas del ramal eléctrico en el que estamos conectados
  6. El calentador de agua tiene un tubo de escape de metal (alrededor de 10 pies de largo) que corre dentro de la chimenea de mampostería

Para mi conocimiento, las huelgas están demasiado lejos para tener un papel directo, por lo que tiendo a pensar en picos en la línea eléctrica (la última milla es subterránea); pero una chispa significa MUCHA diferencia de potencial, y no destructivas + ninguna falla en los dispositivos electrónicos que he enchufado los 365 días del año significa muy poca corriente, por lo que tiendo a excluir la línea eléctrica.

Si, estoy confundido :)

Muchas gracias

pd: encontre un video

https://www.youtube.com/watch?v=DuNLm284m80

Puede escuchar el sonido de / ver (indirectamente) el destello de la chispa, pero en este caso el rayo está cerca, puedo esperar que pueda inducir una gran cantidad de EMF; en mi caso, los relámpagos están muy lejos (también> 10 segundos entre relámpagos y truenos)

sí, en un entorno suburbano (terreno llano) un golpe cercano puede producir de forma audible (y simultánea) un "tictac" audible cuando los interruptores montados en la pared y/o los enchufes se arquean; el trueno se produce unos segundos después. Una ubicación alta podría proporcionar fácilmente un entorno de campo eléctrico que amplíe el alcance.
¿Qué tan bueno es el suelo? En lugares secos y rocosos, puede ser difícil lograr un buen terreno. Consulte ecmweb.com/content/achieving-acceptable-ground-poor-soil Además, al aire libre, existen fuertes efectos inductivos y capacitivos, que provocan voltajes inducidos en conductores largos. Gracias por publicar tus interesantes anécdotas, por cierto.
@glen_geek: ¡gracias! Dos preguntas: - ¿la razón? ¿Pico EMF de la línea eléctrica? - Estoy tratando de entender si podría ser peligroso para nosotros en caso de que caiga un rayo más cercano, estoy bastante preocupado, por cierto, nuestra ubicación está en la mitad de la montaña, en un pasto de montaña rodeado de un bosque.
@DrMoishePippik: ¡gracias también! Nuestra ubicación no es seca ni rocosa, más bien la alta humedad del terreno provoca problemas de humedad dentro de la cabaña. Conductores largos: sí, tengo la sospecha de que la ubicación periférica de la cabina + mucho cable solo para conectarnos podría ser una causa; Creo que puedo verificar esta hipótesis observando si existe una correlación entre la ubicación del rayo y la intensidad del fenómeno: durante la última media milla, el cable debe correr bastante recto, por lo que el EMF debe ser diferente si el rayo cae a un lado o adelante/atrás. Lo probaré.
Nunca había oído hablar de este efecto antes, es bastante interesante. Si está seguro de la calidad de la conexión a tierra de su sistema, ¿está seguro de que cada uno de estos cuerpos metálicos está conectado a tierra? ¿Solo para descartar que esto podría ser al menos parcialmente capacitivo? El hecho de que su casa esté conectada a tierra no significa que cada objeto de metal en ella esté debidamente unido.
Es difícil saber si el cableado interior de su cabina está actuando como antena o si la línea de alimentación de su cabina es la fuente. Incluso con el cableado interior moderno de 3 hilos (caliente, neutral, tierra), he escuchado los arcos de "tictac" de las huelgas cercanas. No se produjeron daños, no se iniciaron incendios.
Una buena prueba para saber si se ha acumulado carga en capacitores no deseados, puede conectar a tierra el objeto manualmente y ver si detiene las chispas (es casi seguro que lo hará) y/o usar una cuerda no conductora y colgar un trozo de cable cerca pero no tocar uno de estos muros de tierra.
Hmmm... También díganos aproximadamente cuántos mm de aire están viendo a través de estas chispas.
@KH: los cuerpos metálicos DEBEN estar conectados a tierra (tanto el calentador de agua como las luces LED tienen los enchufes con conexión a tierra), lo revisaré. Si no, estoy de acuerdo, poner a tierra los objetos manualmente debería resolver el problema. Las hipótesis creo que son tres: 1) la cabina actúa como antena 2) la línea eléctrica actúa como antena 3) el terreno alrededor de la cabina actúa como antena (continúa)
En realidad creo que el cableado de la cabina es demasiado pequeño para ser afectado por rayos que están a 2 millas de distancia; en cambio, un cable largo y recto debería ser mucho más sensible a los campos electromagnéticos; Si es así, espero picos tanto en la red como en la fase, pero cuando los dispositivos están apagados, solo se desconecta la fase, por lo que si hay un pico en el neutro, tenemos un potencial diferencial entre él y la pared/tierra. Las chispas son pequeñas, no puedo decir exactamente, pero en una estimación aproximada de 5 a 15 mm (1/5 "a 3/5").
@glen_geek: gracias, me tranquiliza escucharlo :) nuestro sistema eléctrico es nuevo y usa el cableado interior de 3 hilos en todas partes
Si la chispa salta 5 mm, eso significa que tiene una acumulación localizada de alrededor de 15000 V, que se inclina hacia la electricidad estática o, si se trata de inductancia, indicaría que los objetos no estaban correctamente conectados a tierra y actuaban como antena y condensador. No creo que sea probable que esto provenga de sus líneas, porque cualquier voltaje resultante sería de las líneas a tierra, no de objetos metálicos aleatorios a tierra.
@KH: verifiqué la conexión entre los cuerpos y la tierra con un probador y parece estar bien; Encontré un pequeño diferencial de potencial entre el suelo y el muro donde están unidos, es posible que este muro sea un mejor suelo que el suelo mismo (después de todo, el muro tiene mucha superficie contra el terreno, y ambos tienen un alto nivel de humedad)? Sin embargo, intentaré: 1) montar un pararrayos (tanto tipo 1 como tipo 2) 2) volver a comprobar el suelo 3) grabar, la próxima tormenta eléctrica, un evento con una cámara para compartirlo con ustedes
También podría intentar conectar un osciloscopio digital entre tierra y netural para registrar cualquier transitorio, usando un divisor resistivo para evitar quemar el canal de entrada. ¿Qué piensa usted acerca de?
Probablemente ayudaría tener un mejor video. El que publicaste realmente no muestra nada útil. También me pregunto si podría probar con un pararrayos improvisado montado cuesta arriba de su casa. Idealmente, los pararrayos funcionan purgando la estática del aire antes de que pueda acumularse lo suficiente como para crear un rayo. Tengo bastante curiosidad y seguiré pensando en ello, pero no me parece claro sin más info. En cuanto al osciloscopio, no me arriesgaría a tener uno bueno, pero tal vez uno barato. Sin embargo, será difícil dimensionar ese divisor de voltaje.
@KH: He agregado muchos más detalles + 2 videos a la respuesta de laptop2d
@gleen_geek: acabo de publicar 2 videos, dupliqué la publicación porque no puedo notificar a varios usuarios con una sola publicación :|

Respuestas (1)

Respuesta corta, los rayos transportan tanta energía en forma de ondas electromagnéticas que pueden crear corriente en objetos a unos pocos kilómetros de distancia.

Los rayos pueden crear campos eléctricos de más de 100 kV/m directamente, según se muestra en los datos tomados del impacto de un avión.

ingrese la descripción de la imagen aquíFuente: http://www.atmo.arizona.edu/students/courselinks/spring15/atmo589/lecture_notes/apr03_2015.html

Estos disminuyen con las reglas de campo cercano y campo lejano. Si los rayos obedecieran las reglas del campo lejano, el campo eléctrico disminuiría con la distancia al cuadrado. Estos campos aún pueden ser bastante altos, incluso a solo 1 km (o unos pocos kilómetros) de la huelga, un conductor de 1 m experimentaría un acoplamiento capacitivo de unos pocos cientos de voltios a unos pocos kilómetros de la huelga.

Espero que el tubo de la estufa sea un poco más largo que esto.

Aquí están los campos de un golpe simulado. Incluso los campos magnéticos están en el rango A/m. Cada conductor, cada cable, también podría tener corriente acoplada inductivamente.

ingrese la descripción de la imagen aquíFuente: Análisis de la propagación del campo electromagnético de rayos en terreno montañoso y sus efectos en los sistemas de ubicación de rayos basados ​​en ToA ingrese la descripción del enlace aquí

Incluso un rastro de 1 cm podría experimentar algunos voltios a través de él, lo que puede ser la razón por la que se encienden los LED.

Aparentemente, las montañas cercanas amplifican los campos eléctricos como se muestra en esta simulación (aunque la ola y la montaña en la simulación no están en la misma escala, tal vez esto lleve a una amplificación aún mayor de las ondas EM):

ingrese la descripción de la imagen aquíFuente: Análisis de la propagación del campo electromagnético de rayos en terreno montañoso y sus efectos en los sistemas de ubicación de rayos basados ​​en ToA ingrese la descripción del enlace aquí

¡Muchas gracias! Creo que el acoplamiento capacitivo es lo más probable, pero no es fácil entender quién es el responsable. Tengo algunas actualizaciones que traen algunos elementos adicionales. Antes escuché el estallido de una chispa al mismo tiempo que un relámpago lejano (unos 12 km), prueba de que el fenómeno NO está absolutamente relacionado con descargas directas o secundarias. Ahora había una tormenta eléctrica aquí y noté que solo unos pocos rayos caen en los efectos descritos, parece depender más de la dirección que de la distancia.
Hasta ahora solo he considerado dos posibilidades de acoplamiento capacitivo: algunos elementos de la casa (por ejemplo, la chimenea) el largo cable subterráneo que nos conecta a la red eléctrica En realidad existe una tercera posibilidad: la tubería metálica que nos conecta al acueducto . Para visualizar mejor la situación preparé una imagen: snag.gy/5z2NC4.jpg En amarillo está la (presunta) ruta del cable. en azul está el camino de la tubería al pozo La X roja indica dónde está instalado el poste de tierra.
(la pendiente aumenta hacia el sur, el fondo; el nivel del terreno en el sur es unos 4 metros más alto que en el norte)
BONUS Durante la tormenta de hoy logré retomar ambos efectos, chispa y led: youtube.com/watch?v=GKW2Awuv63k Verifiqué que la tubería, desde el calentador de agua hasta donde se dispara la chispa, esté conectada a tierra; a partir de ahí, no. youtube.com/watch?v=g5G9EKJeUXo el foco tiene 6 LED; el número de LED que se encienden depende de la intensidad del fenómeno; NO se reflejan.
Creo que el acoplamiento capacitivo con el tubo de acueducto es la hipótesis más probable: por un lado tienes la tierra de la casa, por otro lado tienes el tubo de agua fría conectado directamente al tubo de acueducto. ¿Qué dices al respecto? ¡Muchas gracias a todos!
¡Gran respuesta! @SpecialFx Si la chispa se produce en el punto donde las cosas comienzan a aislarse del suelo, eso explica las cosas, y la conexión a tierra a través de esa brecha debería aliviar el problema en ese lugar. Esa chispa es mucho más significativa de lo que hubiera anticipado. Me pregunto si un anillo de puesta a tierra alrededor de su casa con pararrayos ayudaría o no.
Chispas en cuerpos metálicos conectados a tierra en rayos en las cercanías (dos millas)
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