왜 번개가 피뢰침을 파괴하지 않습니까?

낙뢰는 대량의 피해 를 유발하는 것으로 알려져 있습니다 . 번개에 대한 통계가 있습니다 :

때때로 400kA를 초과하는 전류 레벨, 온도 50,000도 및 광속의 1/3에 이르는 속도

이것들은 방대한 수이지만 번개 보호 시스템은 번개가 보호하는 건물이나 구조물에서 번개를 끌도록 설계되었습니다. 낙뢰 보호 시스템은 케이블 링 (하강선)을 통해지면에 연결된 낙뢰로 간단히 생각할 수 있습니다.

낙뢰 보호를위한 NOAA 사양에서는 피뢰침의 직경이 최소 0.5in (13mm) 이상이어야합니다. 다운 컨덕터는 비슷한 크기의 구리 케이블 ( 4/0 AWG 또는 12mm )입니다. 이 유형의 와이어에 허용되는 전류 는 정전류의 경우 약 250A 입니다. 나는 이것이 순간 전류 용량 제한보다 열 제한에 가깝다는 것을 알고 있습니다.

이 백서에서 낙뢰 보호에 관한 정보 (28 페이지) :

낙뢰 보호 시스템 작동에 대한 긍정적 인 피드백은 거의 문서화되지 않았으며 대부분 눈치 채지 못했습니다. 드문 경우지만 번개 보호 시스템이 제대로 작동하고 손상이없는 경우 충격을 받았다고 기록 될 수 있습니다. 때로 파업 종료 지점에 신중한 검사를하는 동안 확인할 수있는 증거가 있지만, 낙뢰 방지 시스템 소유자는 그러한주의 깊은 검사를 수행하는 데 필요한 전문 지식을 얻는 것이 거의 비용이 적게 듭니다.

겉보기에 작은 0.5 인치 (13mm)의 금속 조각이 어떻게 완전히 파괴되지 않고 눈에 띄는 손상을 거의 또는 전혀주지 않으면 서 낙뢰를 처리 할 수 ​​있습니까?

전선의 전류 제한 사양은 전류가 생성하는 열과 너무 뜨거워지기 전에 전선이 얼마나 많은 열을 방출 할 수 있는지에 따라 제한됩니다. "너무 뜨겁다"는 상황에 따라 다릅니다. 예를 들어 전기 코드가 가정 설치에 허용되는 것보다 섀시 배선 응용 프로그램에서 동일한 유형의 전선에 대해 더 높은 전류 정격을 볼 수 있습니다. 이것은 대부분 너무 뜨겁기 때문입니다. 극단적 인 적용을위한 궁극적 인 한계는 도체가 녹지 않는 것입니다. 근처의 온도는 집의 벽 내부에있는 나무 지지대를 따라 달리는 것이 안전하지 않습니다.

당신이 말했듯이, 와이어는 250A 연속 등급입니다 . 번개는 연속적이지 않습니다. 주 번개 시간은 1ms입니다. 한 번의 이벤트에서 여러 번의 스트로크가있을 수 있지만 총 시간은 여전히 ​​짧으며 다른 비 메인 스트로크는 전류가 훨씬 줄어 듭니다.

수학하세요. 와이어의 직경이 12 mm이므로 단면적이 113 mm² = 113x10 ^-6 m²입니다. 20 ° C에서 구리의 저항은 1.68x10 ^-8 Ωm입니다. 따라서이 와이어의 1 미터 길이는 저항이

(1.68x10 ^-8 Ωm) (1 M) / (113x10 ^-6 ㎟) = 149 μΩ

이 저항을 통해 400kA의 전력은 다음과 같습니다.

(400 kA) ² (149 µΩ) = 23.8 MW

전류가인가 된 1ms 시간은 에너지를 산출합니다.

(23.8 MW) (1 ms) = 23.8 kJ

구리의 밀도는 8.93 g / cm³이고, 1 m 길이는 113x10 ^-6 m³이며, 이는 113 cm³입니다.

(113 cm³) (8.93 g / cm³) = 1010 g 구리 총 질량

구리의 비열은 0.386 J / g ° C입니다.

(23.8 kJ) / (0.386 J / g ° C) (1010 g) = 61 ° C

즉, 12mm 직경의 구리선을 통해 1ms 동안 400kA를 사용하면 온도가 61 ° C 상승합니다. 그것은 번개에 대한 다소 극단적 인 가치입니다. 메인 스트로크는 일반적으로 1ms보다 실질적으로 짧으며 다른 스트로크는 실질적으로 전류가 적습니다. 그러나 이러한 숫자를 사용하더라도 와이어가 확실히 잠시 동안 안정 될 수 있지만 구조적 장애없이 처리 할 수있는 와이어의 능력 내에 있음을 알 수 있습니다.

[답변으로 시작되었습니다. 그러나 계산은 3 배나 짧았습니다.
그래서 이것은 더 많은 의견입니다. ]

$5 \cdot 10^9 \text{J}$

$10.13 \text{ kg}$
$\text{0.385} \frac{\text{kJ}}{\text{kg °C}}$$1083 \text{°C}$$4.05 \cdot 10^5 \text{J}$
$\text{213} \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$2.13 \cdot 10^6 \text{J}$

나는 번개의 모든 에너지가 막대에서 소산된다고 가정했다. 그러나 나는 그것이 제정신 가정이라는 것을 모른다.

¹ _{피크 전력과 전류가 매우 높더라도.}
² _출처
³ _{그리스와 온더 돈 크는 누구입니까? 와이어가 녹는 전류를 설명하는 초기 (1880, 1928) 방정식에 관한 기사.}