Αντικεραυνική προστασία κτιρίων και εγκαταστάσεων

Η εκκένωση κεραυνών από τον ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό μπορεί να προκαλέσει βλάβες στη μόνωση, ατυχήματα σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, ατυχήματα με ανθρώπους και καταστροφή κτιρίων και κατασκευών.

Η εμφάνιση του κεραυνού

Όταν ο ήλιος θερμαίνει την επιφάνεια της γης, προκύπτουν ανοδικά ρεύματα αέρα κορεσμένα με υδρατμούς. Τα μικρότερα σωματίδια νερού είναι αρνητικά φορτισμένα, τα μεγαλύτερα είναι θετικά.

Υπό την επίδραση του ανέμου και της βαρύτητας, συμβαίνει διαχωρισμός αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων. Τα σωματίδια νερού στα σύννεφα που ανεβαίνουν σε ύψος άνω των 5 km παγώνουν και καταρρέουν. Θετικά φορτισμένοι κρύσταλλοι βρίσκονται στο πάνω μέρος του νέφους, σε ύψος 5-7 km, αρνητικά φορτισμένοι - σε ύψος 2-5 km. Ως αποτέλεσμα του διαχωρισμού των φορτίων στα σύννεφα, σχηματίζονται τα λεγόμενα. Τα διαστημικά φορτία και τα διάφορα μέρη του κεραυνού έχουν διαφορετικές τιμές φόρτισης και σημάδια. Οι φορτίσεις από το κάτω μέρος του νέφους προκαλούν φορτίσεις του αντίθετου σημείου στο έδαφος.

Ανάμεσα στα σύννεφα και το έδαφος, καθώς και μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του νέφους ή μεταξύ διαφορετικών νεφών, προκύπτουν πεδία υψηλής έντασης - αρκετές δεκάδες χιλιάδες βολτ ανά εκατοστό -. Σε ένταση πεδίου περίπου 30 kV / cm, εμφανίζεται ιονισμός του αέρα, αρχίζει μια σημαντική ανακάλυψη - η λεγόμενη εκκένωση οδηγού (ένα αμυδρά λαμπερό κανάλι με διάμετρο 10-20 m), που κινείται με μέση ταχύτητα 200- 300 km/sec.

Κάτω από τη δράση του πεδίου, φορτίζονται στο έδαφος — σε περιοχές με αυξημένη αγωγιμότητα (υγρές θέσεις, ηλεκτρικά αγώγιμα στρώματα, κ.λπ.) ή με ψηλά αντικείμενα (λόφοι, καμινάδες, πύργοι νερού, στύλοι, ηλεκτροφόρα καλώδια, δέντρα, ανεξάρτητα κτίρια σε ο κάμπος κ.λπ. .) — ​​κινηθείτε προς τον οδηγό.

Ο αγωγός κατευθύνεται προς το αντικείμενο σε σχέση με το οποίο η τάση ηλεκτρικού πεδίου είναι η μεγαλύτερη και στη συνέχεια εμφανίζεται μια ισχυρή αντίθετη εκφόρτιση, που διαδίδεται με ταχύτητα συγκρίσιμη με την ταχύτητα του φωτός (Εικ. 1). Επιπλέον, σε λιγότερο από ένα δέκατο χιλιοστό του δευτερολέπτου, ένα ρεύμα που φτάνει τις εκατοντάδες χιλιάδες αμπέρ διέρχεται από την επηρεασμένη δομή, υπό την επίδραση της οποίας το πλάσμα θερμαίνεται σε αρκετές δεκάδες χιλιάδες βαθμούς και αρχίζει να λάμπει έντονα.

Η φωτεινή επίδραση της εκτίναξης γίνεται αντιληπτή ως κεραυνός και η εκρηκτική διαστολή του αέρα στο κανάλι εξάτμισης παράγει ένα ηχητικό εφέ - βροντή.

Ρύζι. 1. Σχηματική της διαδικασίας ηλεκτροδότησης ενός κεραυνού και της ανάπτυξης αστραπής εκκένωσης προς επίγειο αντικείμενο.

Οι μετρήσεις δείχνουν ότι περίπου τα 3/4 των εκκενώσεων προέρχονται από τα αρνητικά φορτισμένα μέρη του νέφους και το 1/4 των εκκενώσεων από τις θετικά φορτισμένες περιοχές. Μετά την πρώτη, μπορεί να εμφανιστούν αρκετές ακόμη διαδοχικές εκκενώσεις.

Οι εκκενώσεις κεραυνών χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες παραμέτρους:

• πλάτος ρεύματος — το πιο συχνά παρατηρούμενο ρεύμα είναι 10–30 kA, στο 5–6% των μετρήσεων το ρεύμα φτάνει τα 100–200 kA.

• μήκος του μετώπου κύματος — η διάρκεια της ανόδου του ρεύματος κεραυνού στη μέγιστη τιμή του (συνήθως 1,5-2 μs).

Πολύ λιγότερο συχνά, παρατηρείται αστραπή μπάλας, η οποία είναι μια λαμπερή μπάλα πλάσματος με διάμετρο έως και μισό μέτρο, που κινείται αργά υπό την επίδραση των ρευμάτων αέρα στην επιφάνεια της γης. Ο κεραυνός σφαιρών διαπερνά τα κτίρια από καμινάδες, παράθυρα, πόρτες.

Εάν ο κεραυνός μπάλας αγγίξει έναν ζωντανό οργανισμό, υπάρχουν θανατηφόροι τραυματισμοί, σοβαρά εγκαύματα και σε επαφή με κατασκευές, συμβαίνουν έκρηξη και μηχανική καταστροφή αντικειμένων. Η φύση του κεραυνού μπάλας δεν είναι ακόμα καλά κατανοητή.

Επιπτώσεις κεραυνών σε κτίρια και κατασκευές

Ένα άμεσο χτύπημα κεραυνού προκαλεί διάσπαση των στηριγμάτων, τήξη κατασκευών, ανάφλεξη και έκρηξη, μηχανική καταστροφή, απαράδεκτη θέρμανση μεταλλικών κατασκευών από κεραυνό που περνά μέσα από αυτά στο έδαφος. Σύμφωνα με επιχειρησιακά στοιχεία, ο κεραυνός καίει λαμαρίνα πάχους 4 mm.

Η ηλεκτροστατική επαγωγή εκδηλώνεται με τη δημιουργία υψηλού δυναμικού σε μονωμένες μεταλλικές κατασκευές και σύρματα, που οδηγεί στην καταστροφή του εδάφους, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να προκαλέσει ηλεκτροπληξία στους ανθρώπους, ανάφλεξη και έκρηξη εκρηκτικών μειγμάτων, καθώς και ζημιά στο μόνωση σε ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις .

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή εκδηλώνεται με επαγωγή κατά τη διάρκεια του ρεύματος εκκένωσης σε διογκωμένες μεταλλικές κατασκευές και επικοινωνίες (δοκοί, ράγες, αγωγοί κ.λπ.), απομονωμένες μεταξύ τους και από το έδαφος, που μπορεί να προκαλέσει σπινθήρα ή τόξο.

Σε περίπτωση εκκένωσης κεραυνού, εισάγονται επίσης υψηλά δυναμικά κατά μήκος εξωτερικών δομών εδάφους και επικοινωνιών.

Τα κτίρια και οι εγκαταστάσεις, ανάλογα με το σκοπό τους και την ένταση της κεραυνικής δραστηριότητας στην περιοχή της θέσης τους, πρέπει να προστατεύονται από ζημιές από κεραυνούς ή δευτερογενείς επιπτώσεις που προκαλούνται από εκκένωση κεραυνού.

Η επικράτεια από τα Ουράλια έως το Κρασνογιάρσκ και στα νότια του Κρασνογιάρσκ, από το Κρασνογιάρσκ έως το Χαμπάροφσκ ανήκει σε περιοχές με μέση διάρκεια δραστηριότητας καταιγίδας από 40 έως 60 ώρες. Στην περιοχή βόρεια του Krasnoyarsk, από το Krasnoyarsk έως το Nikolaevsk-on-Amur, η μέση διάρκεια της δραστηριότητας της καταιγίδας είναι από 20 έως 40 ώρες. Αυξημένη δραστηριότητα καταιγίδας από 60 έως 80 ώρες ετησίως παρατηρείται στις περιοχές του Άνω Αλτάι (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Η αντικεραυνική προστασία κτιρίων και κατασκευών πρέπει να πραγματοποιείται σύμφωνα με έργα που αναπτύσσονται από εξειδικευμένους οργανισμούς.

Προστασία από άμεσους κεραυνούς. Περιοχή κάλυψης αλεξικέραυνου

Η δράση των συσκευών αντικεραυνικής προστασίας συνίσταται στο γεγονός ότι ένα μεταλλικό αλεξικέραυνο που δεσπόζει πάνω του είναι εγκατεστημένο κοντά στο προστατευμένο αντικείμενο, αξιόπιστα συνδεδεμένο με το έδαφος. Όταν συμβαίνει εκκένωση κεραυνού, ο αγωγός που ορμάει στο έδαφος πλησιάζει το υψηλότερο σημείο αυξημένης αγωγιμότητας (το πάνω μέρος του γειωμένου αλεξικέραυνου χρησιμεύει ως τέτοιο σημείο) και η εκκένωση συμβαίνει στο αλεξικέραυνο, παρακάμπτοντας το προστατευμένο αντικείμενο.

Η προστατευτική ζώνη ενός αλεξικέραυνου μονής ράβδου ύψους h είναι ένας κώνος ύψους 0,92 h με βάση σε μορφή κύκλου με ακτίνα 1,5 h (Εικ. 2).

Όλες οι κατασκευές που ταιριάζουν στον κώνο θα προστατεύονται από άμεσο κεραυνό με αξιοπιστία τουλάχιστον 95% (Ζώνη Β).Μέσα σε κώνο με ύψος 0,85 ώρες και ακτίνα βάσης 1,1 ώρες, η αξιοπιστία προστασίας είναι 99,5%. (Ζώνη Α).

Ρύζι. 2. Ζώνες αντικεραυνικής προστασίας μονής ράβδου. Α — ζώνη προστασίας με αξιοπιστία 99,5%. Β — ζώνη προστασίας με αξιοπιστία 95%. 1 — αλεξικέραυνο. 2 — προστατευμένο αντικείμενο.

Εάν η περιοχή του χώρου είναι μεγαλύτερη από την προστατευόμενη περιοχή, είναι απαραίτητο να αυξήσετε το ύψος του αλεξικέραυνου ή να τοποθετήσετε πολλά αλεξικέραυνα.

Προστασία από δευτερογενείς επιπτώσεις κεραυνών

Το κύριο μέτρο για την καταπολέμηση της εμφάνισης υψηλών δυναμικών σε κτίρια ή κατασκευές λόγω ηλεκτροστατικής επαγωγής κατά τις ατμοσφαιρικές εκκενώσεις είναι η γείωση όλων των αγώγιμων στοιχείων του κτιρίου.

Για να αφαιρέσετε την επιρροή ηλεκτρομαγνητική επαγωγή σε επιμήκη μεταλλικά στοιχεία (σωλήνες, μεταλλικές κατασκευές κ.λπ.), τα τελευταία συνδέονται αξιόπιστα με μεταλλικές γέφυρες.

Προκειμένου να εξαλειφθεί η μεταφορά υψηλών δυνατοτήτων μέσω εναέριων και υπόγειων επικοινωνιών, οι είσοδοι ισχύος, ραδιοφώνου, σηματοδότησης και δικτύων επικοινωνίας υλοποιούνται από περιοριστές καλωδίων και βαλβίδων (για παράδειγμα, RVN-0.5) και κενά σπινθήρα, τα οποία ενεργοποιούνται όταν εγκαθίστανται αυξήσεις τάσης.