Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Июля 2014 в 13:49, лекция
В предлагаемых рекомендациях излагаются основные требования действующих норма-тивных документов, предъявляемые к молниезащите объектов третьей категории и выбору способа молниезащиты в каждом конкретном случае с учетом оптимального решения.
Приводится краткое описание физических процессов, связанных с обеспечением защиты от пораже-ния молнией, а также рекомендации по возможным способам выполнения защиты от прямых ударов молнии в защищаемый объект.
Опасность шагового напряжения становится незначительной на расстоянии 8 - 10 м от места разряда молнии.
Воздействию шагового напряжения подвергаются также люди и животные, находящиеся вблизи заземленного молниеотвода, в момент разряда молнии. Еще более опасно прикосновение человека к токоотводу при разряде молнии. В этом случае человек попадает под разность потенциалов, вызванных током молнии и сопротивлением токоотвода на участке от места прикосновения до земли. Разность потенциалов в этот момент может достигать десятков и даже сотен тысяч вольт.
Мощность, развиваемая в момент молнии, очень велика - она может достигать нескольких сотен миллионов киловатт. Однако из-за чрезвычайно малой длительности разряда работа, полученная при разряде молнии средней интенсивности, сравнительно невелика.
Расчеты показывают, что если бы всю энергию, выделенную при разряде молнии, использовать на подогрев 1 т воды, то удалось бы повысить ее температуру лишь на 10 - 15°.
Кроме линейных, можно иногда наблюдать и другие виды молний. Наиболее часто из них встречается шаровая молния. Этот вид молнии изучен недостаточно и поэтому она представляет значительную опасность, несмотря на редкое проявление.
Появляется она в месте разряда линейной молнии и имеет вид светящегося (огненного) шара, иногда вытянутого в форме капли, груши и т.п. диаметром 10 - 20 см (наблюдались шары от 1 до 100 см). Цвет может быть разный: красный, оранжевый, желтый и белый, свечение не очень яркое, однако четко различимое при дневном свете.
Длительность шаровой молнии от доли секунды до нескольких минут. Затем она либо тихо исчезает, либо издает слабый треск, а иногда оглушительный звук, подобный взрыву. Шаровая молния способна перемещаться под действием ветра, сквозняка, обычно по извилистому пути. При этом слышен свистящий или шипящий звук, сопровождающий ее до исчезновения или разряда. Наблюдаются случаи, когда шаровая молния как бы катится вблизи поверхности земли, подпрыгивая на неровностях, иногда притягивается к проводам или проволочным ограждениям и катится вдоль них.
Шаровая молния оседает на заземленных предметах либо двигается вдоль них, при этом эти предметы сильно разогреваются.
В случае прикосновения или разряда на человека она причиняет сильные ожоги, следствием которых является смертельный исход.
Шаровая молния может незаметно проникнуть в помещение через открытые окна, двери, печные дымоходы, небольшие щели. После нескольких причудливых необъяснимых перемещений она может незаметно уйти, не оставив после себя никакого следа.
В результате разряда шаровой молнии в помещении чаще всего повреждается электропроводка, металлические предметы.
Но часто она взрываясь приводит к пожару или производит серьезные разрушения. В месте взрыва наблюдаются обрывы проводов, отверстия, оплавление поверхностей и т.п.
В связи с тем, что до сих пор не удается объяснить проявления шаровой молнии, невозможно рекомендовать надежные способы защиты от нее.
Защита, применяемая от линейных молний, не дает должного эффекта при шаровой молнии. Поэтому, чтобы как-то оградить себя от возможного поражения шаровой молнией, необходимо придерживаться некоторых простых рекомендаций. Трубы на крыше могут служить хорошим путем для проникновения шаровых молний в дом, поэтому они могут появляться из печей. Покружив по помещению, шаровая молния часто уходит по тому же пути обратно. В помещении во время грозы необходимо держать закрытыми окна, двери, форточки, задвижки дымоходов, а вентиляционные отверстия необходимо снабдить заземленными металлическими сетками с отверстиями 3 - 4 см и диаметром проволоки 2 - 2,5 мм. Это особенно важно соблюдать, если известно, что в данной местности наблюдались случаи возникновения шаровой молнии.
Учитывая, что движение шаровой молнии происходит по потоку воздуха, в случае встречи с ней необходимо «замереть» на месте, чтобы не привлечь ее к себе. Не исключено, что она может оставаться в покое в течение некоторого времени.
Считается, что шаровая молния очень редко встречающееся явление, однако автору известен случай, когда в один сезон на садовом участке наблюдалась шаровая молния дважды. Оба раза после разряда линейной молнии в кровлю садового домика по кровле покатился шарик и разрядился на рядом растущее дерево. В другом случае - на соседний участок с другой стороны.
В такой ситуации необходимо четко следить за тем, чтобы молния не вошла в дом, а дом естественно должен иметь надежную молниезащиту. Кроме того, во время грозы не рекомендуется выходить из помещения.
Подсчитано, что на всем земном шаре за год происходит 16 миллионов гроз, т.е. 44 тысячи ежедневно. Если принять, что средняя продолжительность грозы составляет 1 час, то получится, что в любой момент на поверхности земного шара происходит около 2 тысяч гроз. Однако грозовая активность или число гроз распределяется по поверхности нашей планеты неравномерно, в зависимости от географической широты, характера земной поверхности, рельефа местности, характера воздушных и морских течений и т.п.
В равнинной местности, а также в северных и южных районах земного шара грозы происходят сравнительно редко. Наибольшее число гроз наблюдается в странах, расположенных ближе к экватору, что очевидно связано с активными испарениями.
Грозы над материками бывают чаще, чем над океанами. В сухой пустынной местности количество гроз невелико. Но их много там, где почва достаточно влажна и местность имеет пересеченный рельеф.
Встречаются районы на земном шаре, где бывает до 250 грозовых дней в году.
Среднее число грозовых часов и дней в год в различных районах России и ближнего зарубежья показано на рис. 1 и в Приложении I.
Рисунок 1. Карта интенсивности грозовой деятельности
Как видно из приведенных выше материалов, количество грозовых дней на территории Европейской части России колеблется в пределах от 5 - 10 до 60 дней в году.
Принято считать слабогрозовыми районы, где бывает до 10 грозовых дней (до 15 часов) в год.
Районы с числом грозовых дней от 10 до 30 (от 15 до 30 ч/г) - считать грозовыми, а с числом грозовых дней более 30 (свыше 30 ч/г) - сильногрозовыми.
Гроза обычно сопровождается дождем. Застигнутые в открытой местности люди стремятся спрятаться от дождя под деревьями. Однако находиться под деревьями, особенно высокими или отдельно стоящими, во время грозы очень опасно. При разряде молнии в дерево возможно поражение находящихся под ним людей.
Кроме прямых разрядов молнии в дом или постройку и проникновения в него высоких потенциалов через коммуникации, для взрывоопасных и пожароопасных помещений дома представляют также опасность так называемые вторичные воздействия молнии. Дело в том, что при разрядах молнии даже на удалении до 0,5 - 0,7 км от дома вследствие электростатической индукции на изолированных от земли металлических частях, находящихся внутри дома и на крыше, могут наводиться высокие потенциалы относительно земли. Разряд молнии сопровождается появлением в окружающем пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Магнитное поле индуцирует в контурах, образованных из различных протяженных металлических предметов (трубопроводов, электрических проводов и пр.), электродвижущую силу, величина которой зависит от силы тока прямого разряда молнии, размеров и конфигурации контура, взаимного расположения канала молнии по отношению к этому контуру. В замкнутых контурах появляется ток, нагревающий их отдельные элементы. Но в силу незначительной величины и кратковременного протекания, наведенный ток не представляет опасности.
В незамкнутых контурах ток вызывает искрение или сильный нагрев. Под действием наведенных напряжений, достигающих по величине десятков тысяч вольт, внутри дома могут возникать искры длиной в несколько сантиметров. Такая искра вряд ли может воспламенить горючие материалы, однако, если в помещении содержится взрывоопасная концентрация паров, газов или пыли горючих веществ, она может вызвать взрыв.
Ко вторичным проявлениям молнии относят также появления разности потенциалов внутри здания вследствие заноса высоких потенциалов по подземным и надземным металлическим коммуникациям (трубопроводам, кабелям, воздушным линиям связи, воздушным линиям электропередачи и т.п.), радио и телевизионным антеннам и др.
Таким образом, каждый дом и ценные приусадебные постройки должны быть защищены от разрядов молнии. Защищая здания, мы защищаем находящихся в них людей и животных, которые могли быть поражены током молнии или могли пострадать в результате вызванного молнией взрыва или пожара.
Во время грозы на земле и в облаке скапливаются электрические заряды, равные по величине и обратные по знаку. По мере приближения к земле канала молнии сильно изменяется электрическое поле вблизи земли. Особенно сильно оно меняется в начальной фазе главного разряда.
На металлических конструкциях дома: кровле, антеннах, трубах, возникает значительная разность потенциалов по отношению к земле, достигающая десятков тысяч вольт, способная вызвать искру в воздушном промежутке длиной в несколько сантиметров.
Длительность такой искры составляет микросекунды, но в определенных условиях (во взрыво- или пожароопасной среде) может привести к взрыву или пожару.
В жилых домах, покрытых металлочерепицей, этот процесс может представлять повышенную опасность вследствие ряда причин: неправильной укладки и крепления листов кровли, отсутствия заземления кровли по всей поверхности, что во время разряда молнии вблизи дома может привести к множественным очагам искрения.
Одной из главных мер защиты в этом случае, реально выполнимой на практике, является применение стержневых молниеотводов и заземление кровли.
Установленный рядом с домом или на доме стержневой молниеотвод хотя и приближает разряд прямого удара молнии к дому, вследствие чего индуцированное напряжение возрастает, но в то же время, образуя встречный лидер, удаляет от защищаемого дома зону, в которой формируется главный разряд молнии, уменьшая тем самым величину шаговых напряжений. Во многих странах Запада наряду с пассивными широко применяются активные стержневые молниеотводы, образующие в предразрядный период лидеры ионизированного воздуха значительной высоты в направлении к молнии, что создает искусственный надземный канал для разряда молнии через этот молниеотвод.
Жилые дома и различные хозяйственные постройки редко поражаются молнией; однако каждый ее разряд в незащищенное здание может привести к значительным разрушениям и представляет серьезную опасность для жизни людей и животных.
Особенно тяжелые последствия вызывают разряды молнии для жилых домов из дерева - пожары.
Ток молнии не представляет опасности для металлических проводников сечением 35 мм2 и больше или металлических частей дома, имеющих хорошее соединение между собой и с землей. Однако поражение молнией домов, не имеющих электрического соединения с землей или сооруженных из непроводящего материала (кирпич, бетон, камень, дерево и т.п.), вызывает пробой на участке от точки удара молнии до земли. Образование канала разряда молнии в толще непроводящего материала сопровождается созданием высокого давления и температуры, приводит к разрушению элементов дома, по которым проходит ток. Известны многочисленные случаи расщепления по этой причине кирпичных и деревянных стен домов, деревьев. Соприкосновение канала разряда молнии, имеющего весьма высокую температуру, с легковоспламеняющимися и горючими материалами или взрывоопасными смесями газов, паров и пыли вызывает пожар или взрыв.
Разряд внутри не имеющего молниезащиты дома или хозяйственной постройки опасен для жизни находящихся в нем людей и животных. Разряд может произойти через тело человека, а ток разряда может оказаться смертельным. Разряды молнии в провода воздушных линий (электрических, телефонных, радиотрансляционных и др.) вызывают появление в этих проводах высоких потенциалов, которые проникают в дома, вызывая искрение с электропроводки, штепсельных розеток, выключателей, телефонных аппаратов, репродукторов и др. электроприемников на землю или на заземленные элементы дома (водопроводные, отопительные или канализационные трубы и другие металлические элементы дома, имеющие связь с землей). Такие разряды также могут представлять серьезную опасность для людей. Большинство случаев поражений людей связано именно с тем, что высокие потенциалы проникают в дома по проводам воздушных вводов.
Для взрывоопасных и пожароопасных помещений дома представляет угрозу также проникновение потенциалов по подземным трубопроводам и кабелям, т.к. даже маломощные искры в таких помещениях способны вызвать взрыв или пожар.
Защита зданий от разрядов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Оно состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего на себя разряд молнии, токоотвода и заземлителя.
Защитное действие молниеотводов основано на свойстве молнии поражать прежде всего более высокие, имеющие надежную связь с землей металлические объекты. Во время лидерной стадии в разряде молнии, на вершине молниеотвода (на молниеприемнике) скапливаются заряды, создающие наибольшие напряженности электрического поля на пути между развивающимся лидерным каналом молнии и вершиной заземленного молниеотвода. По этому пути и развивается разряд. Возникновение и развитие с молниеотвода встречного ионизированного канала предопределяет разряд молнии в молниеотвод. Защищаемый объект, более низкий, чем молниеотвод, будучи расположенным поблизости от него или под ним, оказывается заэкранированным молниеотводом и встречным лидером и поэтому практически не будет поражаться молнией.