Protecția clădirilor și instalațiilor împotriva trăsnetului

Descărcarea fulgerelor din electricitatea atmosferică poate provoca deteriorarea izolației, accidente la instalațiile electrice, accidente cu persoane și distrugerea clădirilor și structurilor.

Apariția fulgerului

Când soarele încălzește suprafața pământului, apar curenți de aer ascendenți saturati cu vapori de apă. Particulele de apă mai mici sunt încărcate negativ, cele mai mari sunt încărcate pozitiv.

Sub influența vântului și a gravitației, are loc o separare a particulelor încărcate opus. Particulele de apă din nori care se ridică la o înălțime de peste 5 km îngheață și se prăbușesc. Cristalele încărcate pozitiv sunt situate în partea superioară a norului, la o înălțime de 5-7 km, încărcate negativ - la o înălțime de 2-5 km. Ca urmare a separării sarcinilor în nori, se formează așa-numitele. Încărcăturile spațiale și diferitele părți ale noului de tunete au valori și semne diferite de încărcare. Încărcările din partea de jos a norului provoacă încărcări de semn opus pe sol.

Între nori și sol, precum și între diferite părți ale norului sau între diferiți nori, apar câmpuri de mare intensitate — câteva zeci de mii de volți pe centimetru. La o intensitate a câmpului de aproximativ 30 kV / cm, are loc ionizarea aerului, începe o descoperire - așa-numita descărcare lider (un canal slab strălucitor cu un diametru de 10–20 m), care se deplasează cu o viteză medie de 200– 300 km/sec.

Sub acțiunea câmpului, sarcinile pe sol — în zone cu conductivitate crescută (locuri umede, straturi conductoare electric etc.) sau cu obiecte înalte (dealuri, coșuri, turnuri de apă, stâlpi, linii electrice, copaci, clădiri independente pe câmpia etc.) — deplasare spre șofer.

Conductorul este îndreptat către obiectul în raport cu care tensiunea câmpului electric este cea mai mare și apoi apare o puternică contra-descărcare, propagăndu-se cu o viteză comparabilă cu viteza luminii (Fig. 1). În plus, în mai puțin de o zecimiimi de secundă, un curent care atinge sute de mii de amperi trece prin structura afectată, sub influența căreia plasma se încălzește până la câteva zeci de mii de grade și începe să strălucească puternic.

Efectul de lumină al ejecției este perceput ca un fulger, iar expansiunea explozivă a aerului în canalul de evacuare produce un efect sonor - tunet.

Orez. 1. Schema procesului de electrificare a unui nor de tunet și a dezvoltării unei descărcări de fulgere către un obiect de la sol.

Măsurătorile arată că aproximativ 3/4 din descărcări provin din părțile încărcate negativ ale norului și 1/4 din descărcări din zonele încărcate pozitiv. După prima mai pot apărea câteva descărcări consecutive.

Descărcările de fulgere sunt caracterizate de următorii parametri:

• amplitudinea curentului — curentul cel mai frecvent observat este de 10–30 kA, în 5–6% din măsurători curentul atinge 100–200 kA;

• lungimea frontului de undă — durata creșterii curentului de fulger la valoarea sa maximă (de obicei 1,5-2 μs).

Mult mai rar se observă fulgerele cu bile, care este o minge de plasmă strălucitoare, cu un diametru de până la jumătate de metru, care se mișcă încet sub influența curenților de aer de pe suprafața pământului. Fulgerul cu bile pătrunde în clădiri prin coșuri, ferestre, uși.

Dacă fulgerul cu minge atinge un organism viu, există răni mortale, apar arsuri grave și la contactul cu structurile, au loc explozii și distrugerea mecanică a obiectelor. Natura fulgerului cu minge nu este încă bine înțeleasă.

Impactul fulgerelor asupra clădirilor și structurilor

O lovitură directă a fulgerului provoacă despicarea suporturilor, topirea structurilor, aprinderea și explozia, distrugerea mecanică, încălzirea inacceptabilă a structurilor metalice de la fulgerul care trece prin ele în pământ. Conform datelor operaționale, fulgerul arde prin tablă cu o grosime de 4 mm.

Inducția electrostatică se manifestă prin crearea unui potențial ridicat pe structurile și firele metalice izolate, ceea ce duce la distrugerea pământului, care, la rândul său, poate provoca șoc electric oamenilor, aprinderea și explozia amestecurilor explozive, precum și deteriorarea izolatii in instalatii electrice .

Inducția electromagnetică se manifestă prin inducție în timpul curentului de descărcare pe structuri metalice expandate și comunicații (grinzi, șine, conducte etc.), izolate unele de altele și de sol, care pot provoca o scânteie sau arc.

În cazul unei descărcări de trăsnet, potenţialele înalte sunt introduse, de asemenea, de-a lungul structurilor terestre externe şi comunicaţiilor.

Clădirile și instalațiile, în funcție de destinația lor și de intensitatea activității fulgerelor în zona de amplasare a acestora, trebuie protejate de daunele cauzate de trăsnet sau de efectele secundare cauzate de descărcarea fulgerului.

Teritoriul de la Urali la Krasnoyarsk și la sud de Krasnoyarsk, de la Krasnoyarsk la Khabarovsk aparține zonelor cu o durată medie a activității furtunii de 40 până la 60 de ore. În regiunea de la nord de Krasnoyarsk, de la Krasnoyarsk la Nikolaevsk-pe-Amur, durata medie a activității furtunii este de la 20 la 40 de ore. În regiunile din Altai Superior (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk) se observă o creștere a activității furtunilor de la 60 la 80 de ore pe an. Protecția împotriva trăsnetului a clădirilor și structurilor trebuie realizată conform proiectelor elaborate de organizații specializate.

Protecție împotriva loviturilor directe de trăsnet. Zona de acoperire a paratrăsnetului

Acțiunea dispozitivelor de protecție împotriva trăsnetului constă în faptul că în apropierea obiectului protejat este instalată un paratrăsnet metalic care se ridică deasupra acestuia, conectat în mod fiabil la pământ. Când are loc o descărcare de trăsnet, conductorul care se repezi la pământ se apropie de cel mai înalt punct de conductivitate crescută (partea superioară a paratrăsnetului împământat servește ca atare punct), iar descărcarea are loc către paratrăsnet, ocolind obiectul protejat.

Zona de protecție a unui paratrăsnet cu o singură tijă de înălțime h este un con de înălțime de 0,92 h cu o bază sub formă de cerc cu o rază de 1,5 h (Fig. 2).

Toate structurile care se încadrează în con vor fi protejate de o lovitură directă de trăsnet cu o fiabilitate de cel puțin 95% (Zona B).În interiorul unui con cu o înălțime de 0,85 ore și o rază de bază de 1,1 ore, fiabilitatea protecției este de 99,5%. (Zona A).

Orez. 2. Zone de protecție împotriva trăsnetului cu o singură tijă. A — zonă de protecție cu fiabilitate de 99,5%; B — zonă de protecție cu fiabilitate de 95%; 1 — paratrăsnet; 2 — obiect protejat.

Dacă suprafața șantierului este mai mare decât zona protejată, este necesară creșterea înălțimii paratrăsnetului sau instalarea mai multor paratrăsnet.

Protecție împotriva efectelor secundare ale fulgerelor

Principala măsură de combatere a apariției unor potențiale înalte în clădiri sau structuri din cauza inducției electrostatice în timpul descărcărilor atmosferice este punerea la pământ a tuturor elementelor conductoare ale clădirii.

Pentru a elimina influența inductie electromagnetica în elementele metalice alungite (conducte, structuri metalice etc.), acestea din urmă sunt conectate în mod fiabil cu punți metalice.

Pentru a elimina transferul de potențial ridicat prin comunicații aeriene și subterane, intrările rețelelor de putere, radio, semnalizare și comunicații sunt implementate prin limitatoare de cablu și supape (de exemplu, RVN-0.5) și eclatoare, care sunt declanșate atunci când sunt instalate creșteri de tensiune.