Мълниезащита на сгради и съоръжения

Изхвърлянето на мълния от атмосферното електричество може да причини повреда на изолацията, аварии в електрически инсталации, аварии с хора и разрушаване на сгради и конструкции.

Появата на мълнии

Когато слънцето загрява земната повърхност, възникват възходящи въздушни течения, наситени с водни пари. По -малките частици вода се зареждат отрицателно, по -големите — положително.

Под въздействието на вятъра и гравитацията се получава разделяне на противоположно заредени частици. Частици вода в облаци, които се издигат на височина повече от 5 км, замръзват и се срутват. Положително заредените кристали са разположени в горната част на облака, на височина 5-7 км, отрицателно заредени-на височина 2-5 км. В резултат на разделянето на заряди в облаците се образуват т. Нар. Космически заряди и различните части на гръмотевичния облак имат различни стойности и знаци на заряда. Зарядите от долната част на облака предизвикват заряди от противоположния знак на земята.

Между облаците и земята, както и между различните части на облака или между различните облаци възникват полета с висока интензивност — няколко десетки хиляди волта на сантиметър. При напрегнатост на полето от около 30 kV / cm настъпва йонизация на въздуха, започва пробив-така нареченият лидер разряд (слабо светещ канал с диаметър 10–20 m), движещ се със средна скорост 200–300 км / сек.

Под действието на полето, заряди на земята — в райони с повишена проводимост (мокри места, електропроводими слоеве и др.) Или с високи обекти (хълмове, комини, водонапорни кули, стълбове, електропроводи, дървета, самостоятелни сгради на равнината и т.н.) — движете се към водача.

Водещият е насочен към обекта, по отношение на който напрежението на електрическото поле е най -голямо и след това възниква мощен контраразряд, разпространяващ се със скорост, съизмерима със скоростта на светлината (фиг. 1). Освен това за по-малко от една десетхилядна от секундата през засегнатата структура преминава ток, достигащ стотици хиляди ампера, под въздействието на който плазмата се нагрява до няколко десетки хиляди градуса и започва да свети ярко.

Светлинният ефект на изхвърлянето се възприема като мълния, а експлозивното разширяване на въздуха в изпускателния канал предизвиква звуков ефект — гръм.

Ориз. 1. Схема на процеса на електризация на гръмотевичен облак и развитието на гръмотевичен разряд към наземен обект.

Измерванията показват, че приблизително 3/4 от разрядите произтичат от отрицателно заредените части на облака, а 1/4 от разрядите — от положително заредените зони. След първия могат да се появят още няколко последователни разряда.

Разрядите на мълния се характеризират със следните параметри:

• амплитуда на тока — най -често наблюдаваният ток е 10–30 kA, при 5–6% от измерванията токът достига 100–200 kA;

• дължина на фронта на вълната — продължителността на нарастването на тока на мълнията до максималната му стойност (обикновено 1,5-2 μs).

Много по -рядко се наблюдава топка мълния, която е светеща плазмена топка с диаметър до половин метър, бавно се движи под въздействието на въздушни течения по земната повърхност. Кълбовидната мълния прониква в сградите през комини, прозорци, врати.

Ако сферичната мълния докосне жив организъм, има фатални наранявания, настъпват тежки изгаряния, а при контакт с конструкции настъпва експлозия и механично унищожаване на предмети. Природата на сферичната мълния все още не е добре разбрана.

Въздействие на мълния върху сгради и конструкции

Директен удар на мълния причинява разцепване на опори, топене на конструкции, запалване и експлозия, механично разрушаване, неприемливо нагряване на метални конструкции от мълния, преминаваща през тях в земята. Според експлоатационните данни мълнията изгаря през ламарина с дебелина 4 мм.

Електростатичната индукция се проявява в създаването на висок потенциал върху изолирани метални конструкции и проводници, което води до разрушаване на земята, което от своя страна може да причини токов удар на хората, запалване и експлозия на експлозивни смеси, както и повреда на изолацията в електрическите инсталации .

Електромагнитната индукция се проявява в индукция при разряден ток върху разширени метални конструкции и комуникации (греди, релси, тръбопроводи и др.), Изолирани един от друг и от земята, което може да причини искра или дъга.

В случай на разряд на мълния, високи потенциали също се внасят по външните наземни структури и комуникации.

Сградите и съоръженията, в зависимост от предназначението си и интензивността на гръмотевична дейност в района на тяхното местоположение, трябва да бъдат защитени от мълниеносни повреди или вторични ефекти, причинени от изхвърляне на мълния.

Територията от Урал до Красноярск и на юг от Красноярск, от Красноярск до Хабаровск принадлежи към райони със средна продължителност на гръмотевична дейност от 40 до 60 часа. В района на север от Красноярск, от Красноярск до Николаевск-на-Амур, средната продължителност на гръмотевичната активност е от 20 до 40 часа. Повишена гръмотевична активност от 60 на 80 часа годишно се наблюдава в районите на Горни Алтай (Бийск-Горно-Алтайск-Уст-Каменогорск). Мълниезащитата на сгради и конструкции трябва да се извършва съгласно проекти, разработени от специализирани организации.

Защита срещу директни удари на мълния. Зона на покритие на гръмоотвод

Действието на мълниезащитните устройства се състои в това, че метален гръмоотвод, извисяващ се над него, е монтиран близо до защитения обект, надеждно свързан със земята. Когато настъпи гръмотевичен разряд, водачът, който се втурва към земята, се приближава до най -високата точка с повишена проводимост (горната част на заземения гръмоотвод служи като такава точка) и изхвърлянето се случва към гръмоотвода, заобикаляйки защитения обект.

Защитната зона на гръмоотвод с единична пръчка с височина h е конус с височина 0,92 h с основа под формата на кръг с радиус 1,5 h (фиг. 2).

Всички конструкции, които се вписват в конуса, ще бъдат защитени от директен удар на мълния с надеждност най -малко 95% (зона В). Вътре в конус с височина 0,85 часа и основен радиус 1,1 часа надеждността на защитата е 99,5%. (Зона А).

Ориз. 2. Защитни зони на гръмоотвод с един прът. А — защитна зона с 99,5% надеждност; В — защитна зона с надеждност 95%; 1 — гръмоотвод; 2 — защитен обект.

Ако площта на обекта е по -голяма от защитената зона, е необходимо да се увеличи височината на гръмоотвода или да се монтират няколко гръмоотвода.

Защита срещу вторични ефекти на мълния

Основната мярка за борба с появата на високи потенциали в сградите или конструкциите поради електростатична индукция по време на атмосферни разряди е заземяването на всички проводящи елементи на сградата.

За премахване на влиянието електромагнитна индукция в удължени метални елементи (тръбопроводи, метални конструкции и др.), последните са надеждно свързани с метални мостове.

За да се елиминира отнасянето на високи потенциали чрез въздушни и подземни комуникации, входовете на захранващи, радио, сигнални и комуникационни мрежи се осъществяват от кабелни и вентилни ограничители (например RVN-0,5) и искрови пропуски, които се задействат при повишаване на напрежението са инсталирани.