При грозовом разряде в течение короткого промежутка времени (~ 100 мкс) при величине электрического тока молнии ~ 2∙105А в разрядном канале развивается температура до 30000 °С. За счёт этого быстро расширяется нагретый воздух и возникает взрывная волна (гром), способная производить локальные разрушения объектов при прямых ударах в них молнии.
Высокая температура молнии является мощным импульсом воспламенения всех горючих веществ, что приводит к взрывам и пожарам на производстве, а также в быту и в природных условиях (например, масштабные лесные пожары).
Прямые удары молнии (ПУМ)могут вызвать человеческие жертвы. Опасными факторами также являются вторичные проявления молнии в виде электростатической и электромагнитной индукции.
Электростатическая индукция проявляется тем, что на изолированных от земли металлических предметах наводятся опасные электрические потенциалы, в результате чего возможно искрение между отдельными проводящими элементами конструкций и оборудования, что может вызвать взрывы и пожары.
В результате электромагнитной индукции, обусловленной быстрым изменением силы тока молнии, в металлических незамкнутых контурах наводится ЭДС, что приводит к опасности искрообразования между ними в местах сближения этих контуров.
Во время ударов молнии в различные объекты, находящиеся вдали от производственных зданий и сооружений, возможно проникновение (занос) электрических потенциалов в них по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям – эстакадам, монорельсам и канатам подвесных дорог, трубопроводам, оболочкам электрических кабелей и др.
Кроме указанных опасностей грозовые разряды снижают безопасность полётов авиации, вызывают нарушение работы линий электропередачи и связи, генерируют интенсивные радиопомехи и др.
2.3.1.6.2.2. Защита производственных зданий и сооружений от молнии(молниезащита).
Молниезащитой называется комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности материалов, оборудования, сооружений и зданий от возможных загораний и разрушений, вызванных воздействием молнии.
При разработке средств молниезащиты все защищаемые объекты подразделяются на две группы:
– обычные объекты (жилые и административные здания и сооружения, высотой не > 60 м, предназначенные для промышленного и сельскохозяйственного производства, и торговли);
– специальные объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения, а также для социальной и физической окружающей среды, в которых при ударе молнии могут произойти вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы. К специальным объектам относятся также строения высотой > 60 м, игровые площадки, строящиеся объекты.
По уровню защиты от ПУМ обычные объекты подразделяются на четыре класса:
– I – надёжность защиты 0,98;
– II – надёжность защиты 0,95;
– III – надёжность защиты 0,90;
– IV – надёжность защиты 0,80;
Надёжность молниезащиты определяется по формуле:
N = 1 – Р, (25)
где Р – предельно допустимая вероятность удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами – устанавливается в зависимости от значимости объекта и тяжести возможных последствий.
Для специальных объектов надёжность защиты от ПУМ устанавливается в пределах от 0,9 до 0,999 в зависимости от значимости объекта и тяжести возможных последствий при прямых ударах молнии.
Защита от прямых ударов молнии:
Комплекс средств от прямых ударов молнии включает в себя устройства защиты от ПУМ (внешняя молниезащита) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя молниезащита).
Внешняя молниезащитная система (МЗС) может быть изолированный от защищаемого сооружения (отдельно стоящие стержневые или тросовые молниеотводы, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), а также установленной непосредственно на нём и даже быть его частью.
Внутренняя МЗС предназначена для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрения внутри объекта. Токи молнии, попадающие в молниеприёмники, отводятся в заземлитель через систему токопроводов (спусков) и растекаются в земле.
Внешняя МЗС состоит из молниеприёмников, токоотводов и заземлителей. В качестве искусственных молниеприёмников могут использоваться стержни, натянутые провода (тросы), металлические сетки. В качестве естественных молниеприёмников могут быть использованы следующие конструктивные элементы зданий и сооружений: металлическая кровля; металлические конструкции крыши (ферма и др.); металлические элементы украшений; водосточные трубы и т.п. при условии, что толщина их стенки не < 4 мм.
Токоотводы для снижения вероятности опасного искрения располагаются так, чтобы между точкой поражения и землёй ток растекается по нескольким путям, которые должны иметь минимальную длину. Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами: металлические конструкции; металлический каркас здания; соединённая между собой стальная арматурная сетка и др. элементы при условии, что соединения между разными элементами их надёжны и долговечны.
Заземлители во всех случаях, за исключением отдельно стоящего молниеотвода, совмещаются с заземлителями электроустановок и средств связи. В качестве заземлителей используются вертикальные электроды, электроды, уложенные на дне котлована, заземлённые металлические сетки. При использовании в качестве естественных заземлителей арматуры конструкций из напряжённого железобетона необходимо помнить, что ток может ослабить её (за счёт нагрева) и вызвать тем самым разрушение конструкции. Сопротивление заземлителя при этом должно быть не более 100 Ом.
Защита от вторичных воздействий молнии электрических и электронных систем: При разработке способов защиты в этом случае определяются защитные зоны вокруг защищаемого объекта (рис. 9).
Рис. 9.
Зоны защиты от вторичных воздействий молнии.
Зоны характеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на их границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значение параметров электромагнитных полей, токов и напряжений в её пространстве.
Зона0 – пространство, где каждый объект подвержен прямому удару молнии с протеканием полного тока молнии. Здесь электромагнитное поле имеет максимальное значение.
Зона1– пространство, где объекты не подвержены ПУМ, и ток во всех проводящих элементах внутри здания меньше, чем в зоне 0; в этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.
Другие зоны устанавливаются, если требуется дальнейшее уменьшение тока, напряжения и электромагнитного поля.
На границах зон осуществляется экранирование и соединение всех пересекающих границу зон металлических элементов и коммуникаций между собой.
Защитное экранирование является основным способом уменьшения электромагнитных помех работе радиоэлектронных и др. подобных устройств. В качестве экрана широко используются металлические конструкции строительных сооружений (стальная арматура стен, полов, детали крыши, решётки и т.п.). Все названные элементы объекта защиты электрически объединяются и соединяются с МЗС.
Соединения металлических элементов необходимы для уменьшения разности потенциалов между ними внутри защищаемого объекта. Осуществляются соединения с помощью специальных проводников и зажимов. Соединения на границе зон производятся через каждые 5 м. Минимальное поперечное сечение медных или стальных оцинкованных проводников, используемых для соединений – 50 мм2.
