Ochrona odgromowa budynków i obiektów

Wyładowania atmosferyczne z elektryczności atmosferycznej mogą powodować uszkodzenia izolacji, wypadki w instalacjach elektrycznych, wypadki z udziałem ludzi oraz zniszczenia budynków i budowli.

Pojawienie się błyskawicy

Kiedy słońce ogrzewa powierzchnię ziemi, powstają prądy powietrza nasycone parą wodną skierowane ku górze. Mniejsze cząsteczki wody są naładowane ujemnie, większe są naładowane dodatnio.

Pod wpływem wiatru i grawitacji następuje separacja cząstek o przeciwnych ładunkach. Cząsteczki wody w chmurach, które wznoszą się na wysokość ponad 5 km, zamarzają i zapadają się. Dodatnio naładowane kryształy znajdują się w górnej części chmury, na wysokości 5-7 km, ujemnie naładowane - na wysokości 2-5 km. W wyniku rozdzielenia się ładunków w chmurach powstają tzw. Ładunki kosmiczne i różne części chmury burzowej mają różne wartości i znaki ładunku. Ładunki z dna chmury powodują na ziemi ładunki przeciwnego znaku.

Pomiędzy chmurami a ziemią, a także między różnymi częściami chmury lub między różnymi chmurami, powstają pola o dużym natężeniu — kilkadziesiąt tysięcy woltów na centymetr. Przy natężeniu pola około 30 kV / cm następuje jonizacja powietrza, rozpoczyna się przełom - tak zwane wyładowanie lidera (słabo świecący kanał o średnicy 10–20 m), poruszające się ze średnią prędkością 200– 300 kilometrów na sekundę

Pod wpływem pola ładunki opadają na ziemię — w obszarach o podwyższonej przewodności (miejsca mokre, warstwy przewodzące prąd elektryczny itp.) lub z wysokimi obiektami (wzgórza, kominy, wieże ciśnień, słupy, linie energetyczne, drzewa, wolnostojące budynki na równina itp.) — skieruj się w stronę kierowcy.

Przewodnik kierowany jest do obiektu, w stosunku do którego napięcie pola elektrycznego jest największe, po czym następuje silne przeciw-wyładowanie, rozchodzące się z prędkością porównywalną z prędkością światła (rys. 1). Ponadto w czasie krótszym niż jedna dziesięciotysięczna sekundy przez uszkodzoną strukturę przepływa prąd o natężeniu setek tysięcy amperów, pod wpływem którego plazma nagrzewa się do kilkudziesięciu tysięcy stopni i zaczyna jasno świecić.

Efekt świetlny wyrzutu jest postrzegany jako błyskawica, a wybuchowa ekspansja powietrza w kanale wydechowym wytwarza efekt dźwiękowy — grzmot.

Ryż. 1. Schemat procesu elektryfikacji chmury burzowej i rozwoju wyładowania atmosferycznego w kierunku obiektu naziemnego.

Pomiary pokazują, że około 3/4 wyładowań pochodzi z ujemnie naładowanych części chmury, a 1/4 wyładowań z obszarów naładowanych dodatnio. Po pierwszym może pojawić się kilka kolejnych wyładowań.

Wyładowania atmosferyczne charakteryzują się następującymi parametrami:

• amplituda prądu — najczęściej obserwowany prąd to 10–30 kA, w 5–6% pomiarów prąd osiąga wartości 100–200 kA;

• długość czoła fali — czas narastania prądu pioruna do jego maksymalnej wartości (zwykle 1,5-2 μs).

Znacznie rzadziej obserwuje się piorun kulisty, czyli świecącą kulę plazmową o średnicy dochodzącej do pół metra, powoli poruszającą się pod wpływem prądów powietrza po powierzchni ziemi. Piorun kulisty przenika do budynków przez kominy, okna, drzwi.

Jeśli piorun kulisty dotknie żywego organizmu, dochodzi do śmiertelnych obrażeń, poważnych oparzeń, aw kontakcie z konstrukcjami dochodzi do eksplozji i mechanicznego zniszczenia obiektów. Natura piorunów kulistych wciąż nie jest dobrze poznana.

Oddziaływanie wyładowań atmosferycznych na budynki i budowle

Bezpośrednie uderzenie pioruna powoduje pękanie podpór, stopienie konstrukcji, zapłon i wybuch, zniszczenie mechaniczne, niedopuszczalne nagrzewanie się konstrukcji metalowych od przechodzącego przez nie pioruna do gruntu. Według danych eksploatacyjnych piorun przepala blachę o grubości 4 mm.

Indukcja elektrostatyczna objawia się powstaniem wysokiego potencjału na izolowanych konstrukcjach metalowych i przewodach, co prowadzi do zniszczenia podłoża, co z kolei może spowodować porażenie prądem elektrycznym ludzi, zapłon i wybuch mieszanin wybuchowych, a także uszkodzenie izolacje w instalacjach elektrycznych.

Indukcja elektromagnetyczna objawia się indukcją podczas wyładowania prądu na metalowych konstrukcjach cięto-ciągnionych i połączeniach (belkach, szynach, rurociągach itp.), Odizolowanych od siebie i od ziemi, co może spowodować iskrę lub łuk.

W przypadku wyładowania atmosferycznego wysokie potencjały są również wprowadzane wzdłuż zewnętrznych struktur uziemiających i komunikacji.

Budynki i obiekty, w zależności od ich przeznaczenia i intensywności wyładowań atmosferycznych w rejonie ich lokalizacji, muszą być zabezpieczone przed uszkodzeniami piorunowymi lub skutkami wtórnymi wywołanymi wyładowaniami atmosferycznymi.

Terytorium od Uralu do Krasnojarska i na południe od Krasnojarska, od Krasnojarska do Chabarowska należy do obszarów o średnim czasie aktywności burzowej od 40 do 60 godzin. W regionie na północ od Krasnojarska, od Krasnojarska do Nikołajewska nad Amurem, średni czas aktywności burzowej wynosi od 20 do 40 godzin. Zwiększoną aktywność burzową z 60 do 80 godzin rocznie obserwuje się w regionach Górnego Ałtaju (Bijsk-Gorno-Ałtajsk-Ust-Kamenogorsk). Ochrona odgromowa budynków i budowli musi być prowadzona zgodnie z projektami opracowanymi przez wyspecjalizowane organizacje.

Ochrona przed bezpośrednim uderzeniem pioruna. Obszar pokrycia piorunochronu

Działanie urządzeń odgromowych polega na tym, że górujący nad nim metalowy piorunochron jest zainstalowany w pobliżu chronionego obiektu, niezawodnie połączony z ziemią. W momencie wystąpienia wyładowania piorunowego przewodnik pędzący do ziemi zbliża się do najwyższego punktu zwiększonej przewodności (jest nim górna część uziemionego piorunochronu) i wyładowanie następuje do piorunochronu z pominięciem chronionego obiektu.

Strefą ochronną piorunochronu jednoprętowego o wysokości h jest stożek o wysokości 0,92 h, którego podstawą jest okrąg o promieniu 1,5 h (rys. 2).

Wszystkie konstrukcje mieszczące się w stożku będą chronione przed bezpośrednim uderzeniem pioruna z niezawodnością co najmniej 95% (Strefa B).Wewnątrz stożka o wysokości 0,85 godziny i promieniu podstawy 1,1 godziny niezawodność ochrony wynosi 99,5%. (Strefa A).

Ryż. 2. Strefy odgromowe jednoprętowe. A — strefa ochronna o niezawodności 99,5%; B — strefa ochronna o niezawodności 95%; 1 — piorunochron; 2 — obiekt chroniony.

Jeśli obszar budowy jest większy niż obszar chroniony, konieczne jest zwiększenie wysokości piorunochronu lub zainstalowanie kilku piorunochronów.

Ochrona przed wtórnymi skutkami wyładowań atmosferycznych

Głównym środkiem zwalczania występowania w budynkach lub konstrukcjach wysokich potencjałów na skutek indukcji elektrostatycznej podczas wyładowań atmosferycznych jest uziemienie wszystkich przewodzących elementów budynku.

Aby usunąć wpływ Indukcja elektromagnetyczna w wydłużonych elementach metalowych (rurociągi, konstrukcje metalowe itp.), te ostatnie są niezawodnie połączone metalowymi mostkami.

W celu wyeliminowania przenoszenia wysokich potencjałów przez komunikację napowietrzną i podziemną, wejścia sieci energetycznych, radiowych, sygnalizacyjnych i komunikacyjnych są realizowane przez ograniczniki kablowe i zaworowe (na przykład RVN-0,5) oraz iskierniki, które są wyzwalane, gdy zainstalowane są podwyższenia napięcia.