Глава 9. Защита от атмосферного электричества 9.1. Основные характеристики грозовой деятельности

Гроза - это атмосферное явление, сопровождающееся молниями и оглу­шительными раскатами грома. Молния - это электрический разряд в атмосфере между заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными частями облака. Возможны разряды и между соседними облаками. Длина кана­ла молнии обычно достигает нескольких километров, причем значительная часть его находится в грозовом облаке.

Во время грозы можно наблюдать молнии различного вида: плоские - на поверхности облаков; точечные — светящиеся точки, пробегающие на фоне об­лаков; шаровые круглая, светящаяся газовая масса, кипящая и разбрасываю­щая искры диаметром 10-20 см, существующая от долей секунд до нескольких минут, скорость перемещения до 2 м/с по направлению ветра; линейные - ис­кровой разряд с разветвлениями длиной 2-3 км, диаметром в несколько десят-

ков сантиметров.

Первичными поражающими факторами молниевых разрядов являются прямые удары (ток молнии достигает сотен и тысяч ампер).

Вторичными — разрушение объектов, расщепление деревьев, пожары, взрывы за счет быстрого испарения материала; обрыв линий электропередач; электрический разряд с проводов и электроаппаратуры; разность потенциалов между отдельными предметами внутри зданий и разряд; разрушение изоляции электроустановок, пробой на корпус и др.

Молния чаще всего ударяет в места выхода на поверхность грунтовых вод, на участки стыка пород земли разной удельной электрической проводимости (рис. 9.1), в места выхлопа газов и выхода дыма из труб (из-за повышенной ио­низации воздуха), в наиболее возвышающиеся над землей части зданий и со­оружений.

а - включения фунтов высокой электрической проводимости (l - глина, 2 - песок); б - стыкование фунтов различной электрической проводимости; в, г - повышенная иониза­ция воздуха (выход нагретых газов) Рис. 9.1. Избирательность воздействия молнии

Ударяет молния в землю и в места с большим удельным электрическим сопротивлением, если в земле проложены протяженные металлические трубо­проводы или кабели [38].

Возможность поражения объекта молнией в значительной степени опреде­ляется интенсивностью грозовой деятельности в той местности, где он распо­ложен. Она зависит от его размеров и конфигурации, расположения среди со­седних объектов и ряда других условий.

Поле растекания потенциалов при разряде молнии на землю представляет собой окружность на поверхности земли с радиусом R=20 м (иногда до 50м), внутри которой человек или животное могут попасть под напряжение шага.

Шаговое напряжение можно определить по формуле

и_ш=<р_а-я>_б (9.1)

где ср_а,(р_б - потенциалы ног, В.

Возможность поражения объекта молнией определяется интенсивностью грозовой деятельности в местности, где этот объект расположен, зависит от его размеров и конфигураций, расположения среди объектов.

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним количест­вом грозовых часов в год (п_ч). Иногда грозовую деятельность измеряют количе-

ством грозовых дней в году (пд). Принято продолжительность грозы считать равной 1,5 часа (пд= 30 дней) и 2 часа (пд > 30 дней). Следовательно, интенсив­ность грозовой деятельности

п_ч = (1,5...2)п_д

(9.2)

Имеется более обобщенный показатель - число ударов в год (п) на 1 км поверхности земли (табл. 9.1).

Таблица 9.1 - Число ударов молнии в год

Интенсивность грозовой деятельности за год, nч,ч	20-40	40-60	60-80	80-100
Среднее число ударов молний в год на 1 км2, n

Вероятное число ударов молнии в год в здание или сооружение, не имею­щее молниезащиты, определяется по формуле

= (B + 6h_x)(L + 6h_x)n10 О

(9.3)

где В - ширина здания, м; L - длина здания, м; h_х— наименьшая высота здания, м.

Число ударов молний для таких объектов, как дымовые трубы котельных, водонапорные и силосные башни, мачты, деревья, определяют из выражения

N = 9h² 10⁶,

(9.4)

где h - высота объекта, м.

Число опасных ударов в незащищенную линию электропередач (в год) со­ставит

N = 0,42Lh_cpnJ/f, (9.5)

где L- протяженность линии, км;

hcp - средняя высота подвеса проводов, м; _ч - интенсивность грозовой деятельности в год, ч.

В этом случае допущено, что опасная зона простирается от оси линии в обе стороны на 3 h_cp

Различают два рода воздействий молнии на объекты: первичное, связанное с прямым ударом; вторичное, вызываемое электромагнитной и электростатиче­ской индукцией и заносом высоких потенциалов через металлические комму­никации в сооружения при разряде облака.

При прямом ударе могут возникать пожары, взрывы, разрушения конст­рукций, поражения людей, перенапряжение на проводах электрической сети.

При электростатической индукции заряженное облако поляризует более или менее хорошо изолированные проводники. На поверхности земли и объек-

тах появляются связанные заряды положительного знака. Их быстрое освобож­дение приводит также к значительным разностям потенциалов между металли­ческими конструкциями и землей, вызванным протеканием зарядов через большие сопротивления. Образующиеся при этом искровые разряды внутри со­оружения могут привести к взрывам, пожарам и т. д.

Электромагнитная индукция возникает в стадии главного разряда, когда очень большой и быстро изменяющийся ток создает в пространстве интенсив­ное переменное магнитное поле. В пронизанных частью этого поля контурах из протяженных металлических предметов (трубопроводов, электрических прово­дов, оболочек и т. п.) появляется электродвижущая сила (ЭДС), способная вы­звать искрообразование, если в каких-либо местах контур разорван или в нем имеются плохие электрические контакты (неплотные болтовые соединения, корродированные участки, например во фланцах). В замкнутых контурах появ­ляется ток, и индуцированная энергия рассеивается в виде джоулевого тепла, редко вызывая опасные последствия.

Занос высокого потенциала происходит по различным надземным и под­земным протяженным коммуникациям (рельсы, трубопроводы, воздуховоды, оболочки кабелей, воздушные провода и т. п.) как при прямом ударе в них, так и в случае, если эти коммуникации находятся вблизи молниеотвода или другого предмета, пораженного молнией.

Дата добавления: 2015-07-08