Защита от атмосферного и статического электричества. Защита от статического и атмосферного электричества Атмосферное статическое электричество

Совокупность явлений, результатом которых является образование, сбережение и разрядка свободных электрозарядов на поверхности диэлектриков или изолированных проводниках, называют статическим электричеством. Образующийся заряд может сохраняться и накапливать достаточно продолжительное время. Процесс получения любой поверхностью или телом определенного заряда (положительного или отрицательного) называется электризацией. Статические электрозаряды чаще всего образуются из-за трения друг о друга или о металл твердых материалов, не проводящих ток. Относительно земли напряжение во время статической электризации часто может достигать 100 тыс. вольт.

Разряды статического электричества могут стать причиной возникновения сильных пожаров и взрывов, а также иметь негативное влияние на здоровье человека, как при непосредственном контакте, так и из-за опасного электрического поля образующегося вокруг заряженного тела. Выделяющейся энергии достаточно много для мгновенного для воспламенения пыле и газовоздушных смесей.

Специалисты рекомендуют применять заземления, нейтрализаторы (индукционные, радиоактивные и высоковольтные), увлажнители воздуха, специальные экраны и антиэлектростатические вещества для эффективной защиты от статических зарядов. Сотрудникам, в качестве профилактики, выдают антистатическую спецодежду и токопроводящую обувь имеющую сопротивление подошвы до 108 Ом.

Атмосферное электричество: молниезащита

Наиболее часто атмосферное электричество концентрируется в кучевых (грозовых) облаках и разряжается через молнии, которые имеют мощное поражающее действие. Прямое их попадание в дом может полностью разрушить здание, убить людей, находящихся внутри или привести к сильному пожару или техногенным авариям.

После того как Франклин объяснил всему миру природу молний человечество постоянно работает над усовершенствованием методов по молниезащите. В настоящее время на смену простым стальным или медным громоотводам с токоотводом и заземлением пришли инновационные активные молниеприемники. Они за счет ионизации воздуха вокруг себя самостоятельно притягивают к себе разряды молний. Современная система молниезащиты объекта включает защиту от прямых ударов молнии и вторичных ее проявлений.

Защита от статического электричества и молниезащита

Для предотвращения неприятных последствий от образования статических зарядов и молний необходимо при проектировании и эксплуатации объектов осуществлять комплекс мер, направленных на их защиту от статического электричества и молниезащиту .

Основные здания и сооружения не принимаются в эксплуатацию без защиты от статического электричества и молниезащиты . Промышленные здания и помещения, оборудование и приборы, различные коммуникации в соответствии с их классификацией по ПУЭ должны иметь молниезащиту І, ІІ или ІІІ категории, а также защиту от статических разрядов для взрыво- и пожароопасных помещений, зон открытых установок, имеющие класс B-I, B-I6, В-II и B-IIa.

Защита от статического электричества обеспечивается благодаря таким мероприятиям, как:

  • проверка исправности и безотказности работы и непосредственного наличия заземлений, систем отвода зарядов и нейтрализации;
  • очистка газвоздушных смесей от взвешенных примесей;
  • четкое выполнение технологических инструкций (недопущение разбрызгивания, дробления или распыления материалов, увеличения их скорости движения и т.п.)
  • металлическое и неметаллическое оборудование в одном помещении должны быть в одной электроцепи, которая соединяется с контуром заземления минимум в 2 точках;
  • подача трапа к самолету, открытие автоцистерн и т.п. мероприятия проводится только после присоединения к ним заземления;
  • используемые резиновые шланги для налива жидких веществ оснащаются проволокой и наконечниками из меди.

Элементы молниезащиты должны регулярно проверяться и по необходимости ремонтироваться. Специалисты рекомендуют проводить проверку:

  • надежности связи между токоведущими частями молниезащиты,
  • наличия механических, коррозионных повреждений частей системы защиты;
  • сопротивления всех заземлителей.

Статическое электричество

СтЭ (статическое электричество) – совокупность явлений, связанных с образованием, сохранением и релаксацией электрических зарядов на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых материалов и изделий.

Заряды СтЭ образуются при деформации (изгибе, растяжении, резании,….) и дроблении твердых тел, при разбрызгивании и истечении жидкостей, при перемещении (трении) твердых тел, слоев сыпучих и жидких тел, при испарении, кристаллизации, при облучении, при химических реакциях.

Заряды СтЭ образуются при перераспределении заряженных (электронов) частиц в телах. Обычно атомы химических элементов и тела являются электрически нейтральными.

Заряды СтЭ возникают при передаче телу избыточной энергии (любым способом). Избыточная энергия вызывает нагрев тел. Остывая, они передают энергию окружающей среде: колебаниями атомов, электромагнитным излучением, эмиссией электронов, ионов и ионрадикалов.

Самая большая доля при передаче энергии при эмиссии электронов (до 90 % при теплопереносе в металлах). Обычно сопровождается излучением квантов электромагнитных излучений.

В строительстве в ходе выполнения дробления, деформации, трения сыпучих и твердых тел энергия преобразуется в избыточную тепловую. Эта работа сопровождается экзоэмиссией электронов с поверхности тел. Это явление – «эффект Крамера». При трении возникают встречные потоки электронов. Разность интенсивности встречных потоков вызывает электризацию тел.

Если тела выполнены из одного материала, то электризация не происходит, т.к. встречная потоки электронов полностью компенсируются.

Конечный результат электризации – образование двойного электрического слоя.

Электризации способствуют:

Увеличение силового взаимодействия

Увеличение скорости перемещения твердых, сыпучих и жидких тел

Увеличение различия в электросопротивлении

Двойной электрический слой – неустойчивое явление. Происходит постоянная релаксация зарядов:

Растекание зарядов по поверхности тела

Распределение в объеме

Стекание зарядов в воздух

Искровые разряды (наиболее эффективная форма релаксации)

Сохранение зарядов СтЭ зависит от объемного удельного электрического сопротивления материалов (r, Ом м):

при r>10 5 – материал является диэлектриком или полупроводником, способен долго хранить заряды (капрон r=10 12 Ом м).

Искровые разряды могут стать источником зажигания паро-, газо-, и пылевоздушных смесей.

Электрический заряд – q = Cj (Кл), где С – электрическая емкость тела относительно земли, j - потенциал тела (В) относительно земли. Ток электризации I=jn ср, где n ср - среднее число разрядов в секунду.

Энергия разряда: W = 0.5 C j 2 = 0.5 q j (Дж)

Минимальная энергия зажигания (W з) – наименьшее значение энергии электрического разряда, при которой происходит зажигание горючей смеси.

Электростатическая искробезопасность (ЭСИБ) считается обеспеченной, если в результате принятых мер, энергия разряда не превышает 0.25 W з.

Величина W з (мДж) для: бензина – 0.15, метана – 028, оксид углерода - 8, хлопковый пух – 10, древесная мука и алюминиевая пыль – 20.

В соответствии с ПУЭ (гл. 7) установлены взрывоопасные зоны классов: B-Ia, B-Iб, B-Iв, B-Iг, B-II, B-IIa. Это такие зоны помещения, оборудования и электроустановок, в которых могут образоваться взрывоопасные смеси газов, паров ЛВЖ, горючих пылей и волокон с воздухом (при нормальной работе или при аварии). Электризация может привести к разрядам, пожарам и взрывам.


Защита от статического электричества

Классическая схема мер защиты

1. Исключить опасность - исключить образование статического электричества или снизить его до безопасного уровня:

Изготовление контактирующих частей из материалов с близкими величинами электросопротивления;

Уменьшение силового воздействия;

Уменьшение скоростей (например, тормозные устройства для падающих сыпучих);

Нефтепродукты, бензолы легко электризуются. Поэтому ограничивается скорость истечения: 10 м/сек при r 5 Ом м, 5 м/сек при r 9 Ом м; нефтепродукты не допускается наливать свободно падающей струей, сливную трубу располагать у дна, не допускать интенсивного перемешивания;

2. Удаление от опасности: автоматизация и механизация производственных процессов, т.е. без участия человека

3. Ограждение опасности - мероприятие, направленные на быструю безразрядную релаксацию зарядов:

Заземление металлического и электропроводного оборудования, присоединение к заземлителю не менее чем в двух точках. Сопротивление не более 10 Ом;

– создание единой электрической цепи, обеспечение электропроводности во фланцах, покрытие пластиковых вставок электропроводящими материалами;

Добавление токопроводящих примесей;

Лакокрасочные токопроводящие покрытия;

Добавление в электризующиеся жидкости антистатических добавок (слабых электролитов)

Корпуса автоцистерн при перекачке топлива присоединяют к стационарному заземлителю, при движении – цепь;

Увеличение относительной влажности до 65…70 %. Эффективно, если материалы гидрофильны, т.е. способны образовать на поверхности тончайшую водяную пленку. Она экранирует эмиссию электронов и способствует релаксации;

Ионизация воздуха в зоне образования зарядов: Индукционные нейтрализаторы – создание электростатического поля высокой напряженности. С острия электродов-ионизаторов стекают потоки электронов, Радиоизотопные нейтрализаторы: a-излучение (положительно заряженные ядра атомов гелия, толщина слоя ионизации 40 мм) и b-излучение (электроны, слой ионизации - 400 мм);

4. Ограждение человека

Антистатическая одежда и обувь;

Токопроводящие полы и площадки;

Заземленные токопроводящая обивка стульев и электропроводные браслеты;

5. Организационные мероприятия: обучение, инструктаж, …


Атмосферное электричество. Молниезащита

Образуется в облаках – из мелких водяных частиц.

Солнечная энергия – 460 кДж на 1 см 2 в год поверхности Земли. 93 кДж/(см 2 год) на испарение воды из океанов. Водяной пар поднимается и конденсируется в водяную пыль с выделением теплоты (2260 кДж/л). Избыток энергии частично расходуется на эмиссию электронов с поверхности водяных капель. В основном эмитируют протоны и капельки воды из кристаллов льда. Протоны эмитируют из более крупных капель к более мелким.

Чистая вода – хороший диэлектрик. Заряды сохраняются долго. Тяжелые отрицательно заряженные капельки образуют нижний слой облаков. Мелкие легкие – верхний. Электростатическое притяжение разноименно заряженных частиц поддерживает сохранность облаков.

Эмиссия протонов возникает и при кристаллизации водяных частиц. Соударение кристаллов льда, снежинок, градин, ветер – приводит к избытку энергии и эмиссии протонов. Атмосферное электричество имеет ту же природу, что и статическое (например, грозы на крайнем севере во время сильных снегопадов или бурь, в облаках возникает сияние и вспышки, свечение, шаровые молнии). Иногда заряжаются провода.

По экспериментальным данным, нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, верхняя – положительный, а бывают облака одного заряда.

Заряд облака образуют мельчайшие одноименно заряженные частицы воды. Электрический потенциал грозового облака составляет десятки миллионов вольт, может достигать и 1 млрд. вольт.

Основная форма релаксации – электрический разряд между облаками и между облаком и землей. Диаметр канала около 1 см, ток в канале десятки килоампер, температура 25000 о С, время разряда – доли секунды.

Первичное воздействие атмосферного электричества – прямой удар молнии – мощный поражающий фактор - механические разрушения зданий, сооружений, деревьев, пожары, взрывы, поражения людей,…. Причина – практически мгновенное превращение воды и веществ в зоне молниевого канала в пар и газ высокой температуры и высокого давления.

Вторичные воздействия атмосферного электричества:

- Электростатическая индукция – наведение заряда противоположного знака на предметах, изолированных от земли, от электростатического заряда облака, в поле которого находятся эти предметы. Индуцируется заряд противоположного знака на крышах, оборудовании, провода ЛЭП, … Заряды сохраняются и после разряда облака. Они могут релаксировать в виде искрового разряда на ближайшие заземленные предметы, и вызвать электротравматизм, взрыв или пожар.

- Электромагнитная индукция – в канале молнии протекает мощный, быстро меняющийся во времени ток, который создает вокруг себя изменяющееся электромагнитное поле. Это поле индуцирует в металлических контурах ЭДС и протекание тока, может вызвать искровой разряд … электротравматизм, взрыв или пожар.

- Занос высоких потенциалов – прямой удар молнии в металлоконструкции (рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП, и т.д.), расположенные на уровне или над уровнем земли, но входящие в здание. Занесение высоких потенциалов в здание приводит к образованию разрядов на заземленное оборудование … электротравматизм, взрыв или пожар.


Защита от атмосферного электричества осуществляется в соответствии с «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. СО 153-34.21.122-2003 » .

Все объекты могут подразделяться на обычные и специальные.

Обычные объекты - жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.

Специальные объекты :

объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения;

объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы);

прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

В табл. 2.1 даны примеры разделения объектов на четыре класса.

Примеры классификации объектов

Таблица 2.1

Тип объекта

Последствия удара молнии

Жилой дом

Отказ электроустановок, пожар и повреждение имущества. Обычно небольшое повреждение предметов, расположенных в месте удара молнии или задетых ее каналом

Первоначально - пожар и занос опасного напряжения, затем - потеря электропитания с риском гибели животных из-за отказа электронной системы управления вентиляцией, подачи корма и т. д.

Театр; школа; универмаг; спортивное сооружение

Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий

Банк; страховая компания; коммерческий офис

Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных

Больница; детский сад; дом для престарелых

Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных. Необходимость помощи тяжелобольным и неподвижным людям

Промышленные предприятия

Дополнительные последствия, зависящие от условий производства - от незначительных повреждений до больших ущербов из-за потерь продукции

Музеи и археологические памятники

Невосполнимая потеря культурных ценностей

Специальный с ограниченной опасностью

Средства связи; электростанции; пожароопасные производства

Недопустимое нарушение коммунального обслуживания (телекоммуникаций). Косвенная опасность пожара для соседних объектов

Специальный, представляющий опасность для непосредственного окружения

Нефтеперерабатывающие предприятия; заправочные станции; производства петард и фейерверков

Пожары и взрывы внутри объекта и в непосредственной близости

Специальный, опасный для экологии

Химический завод; атомная электростанция; биохимические фабрики и лаборатории

Пожар и нарушение работы оборудования с вредными последствиями для окружающей среды

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в табл. 2.2.

Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов

Таблица 2.2

Уровень защиты

Надежность защиты от ПУМ

Для специальных объектов минимально допустимый уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9-0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от ПУМ по согласованию с органами государственного контроля.

Соответствие параметров тока молнии и уровней защиты

Таблица 2.3

Параметр молнии

Уровень защиты

Пиковое значение тока I , кА

Полный заряд Q полн, Кл

Заряд в импульсе Q имп, Кл

Удельная энергия W /R , кДж/Ом

Средняя крутизна di /dt 30/90% , кА/мкс

2.3.3. Плотность ударов молнии в землю

Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число поражений 1 км 2 земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта.

Если же плотность ударов молнии в землю N g неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле, 1/(км 2 × год):

N g = 6,7 × Т d /100, (2.1)

где Т d - средняя продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности.


3. ЗАЩИТА ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

3.1. Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащитная система - МЗС) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС).

Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы - стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов) или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью.

Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта.

Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов (спусков) и растекаются в земле.

3.2. Внешняя молниезащитная система

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Таблица 3.1

Уровень защиты

Материал

Сечение, мм 2

молниеприемника

токоотвода

заземлителя

Алюминий

Не применяется

3.2.1. Молниеприемники

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2. Естественные молниеприемники

Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:

электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;

толщина металла кровли составляет не менее величины t , приведенной в табл. 3.2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;

толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;

кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;

б) металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);

в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т. п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

г) технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения t , приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниеприемника

Таблица 3.2

3.2.2. Токоотводы

3.2.2.1. Общие соображения

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

а) ток растекался по нескольким параллельным путям;

б) длина этих путей была ограничена до минимума.

3.2.2.2. Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждый конец троса требуется минимум по одному токоотводу.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждую ее опору требуется не менее одного токоотвода.

3.2.2.3. Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в табл. 3.3.

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

Таблица 3.3

Уровень защиты

Среднее расстояние, м

3.2.2.5. Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов. Металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие;

б) металлический каркас здания или сооружения;

в) соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

г) части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм.

Металлическая арматура железобетонных строений считается обеспечивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:

примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);

электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

3.2.3. Заземлители

3.2.3.1. Общие соображения

Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки.

Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными; при этом надо стремиться свести к минимуму их взаимное экранирование.

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям п. 3.2.2.5. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

3.3.2. Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h 0 h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h 0 и радиусом конуса на уровне земли r 0 .

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Рис. 3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.1) радиус горизонтального сечения r x на высоте h x определяется по формуле:

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Таблица 3.4

Надежность защиты Р з

Высота молниеотвода h , м

Высота конуса h 0 , м

Радиус конуса r 0 , м

От 100 до 150

h

От 30 до 100

h

От 100 до 150

h

От 30 до 100

h

h

От 100 до 150

h

h

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h 0 h и основанием на уровне земли 2r 0 (рис. 3.2).

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.5) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

L - расстояние между точками подвеса тросов

Полуширина r х зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.2) на высоте h x от поверхности земли определяется выражением:

3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельной величины L max . В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. 3.3. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h 0 , r 0) производится по формулам табл. 3.4 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h 0 и h c , первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L £ L c граница зоны не имеет провеса (h c = h 0). Для расстояний L c £ L ³ L max высота h c определяется по выражению

Входящие в него предельные расстояния L max и L c вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.6, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:

максимальная полуширина зоны r х в горизонтальном сечении на высоте h x :

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Таблица 3.5

Надежность защиты р з

Высота молниеотвода h , м

Высота конуса h 0 , м

Радиус конуса r 0 , м

От 30 до 100

h

От 100 до 150

h

От 30 до 100

h

h

От 100 до 150

h

h

L max , м

L 0 , м

От 30 до 100

h

От 100 до 150

От 30 до 100

h

h

От 100 до 150

От 30 до 100

h

h

От 100 до 150

4. ЗАЩИТА ОТ ВТОРИЧНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОЛНИИ

4.2. Зоны защиты от воздействия молнии

Пространство, в котором расположены электрические и электронные системы, должно быть разделено на зоны различной степени защиты. Зоны характеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значения параметров электромагнитных полей, токов и напряжений в пространстве зоны.

Зона 0 - зона, где каждый объект подвержен прямому удару молнии, и поэтому через него может протекать полный ток молнии. В этой области электромагнитное поле имеет максимальное значение.

Зона 0 Е - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и также имеет максимальное значение.

Зона 1 - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в зоне 0 Е; в этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.

Две пространственно разделенные зоны 1 с помощью экранированного соединения могут образовать общую зону (рис. 4.2).

Рис. 4.1. Зоны защиты от воздействия молнии:

1 - ЗОНА 0 (внешнее окружение); 2 - ЗОНА 1 (внутренняя электромагнитная обстановка);

3 - ЗОНА 2; 4 - ЗОНА 2 (обстановка внутри шкафа); 5 - ЗОНА 3

Рис. 4.2. Объединение двух зон

4.3. Экранирование

Экранирование является основным способом уменьшения электромагнитных помех.

Металлическая конструкция строительного сооружения используется или может быть использована в качестве экрана. Подобная экранная структура образуется, например, стальной арматурой крыши, стен, полов здания, а также металлическими деталями крыши, фасадов, стальными каркасами, решетками. Эта экранирующая структура образует электромагнитный экран с отверстиями (за счет окон, дверей, вентиляционных отверстий, шага сетки в арматуре, щелей в металлическом фасаде, отверстий для линий электроснабжения и т. п.). Для уменьшения влияния электромагнитных полей все металлические элементы объекта электрически объединяются и соединяются с системой молниезащиты (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Объединение металлических элементов объекта для уменьшения влияния электромагнитных полей:

1 - сварка на пересечениях проводов; 2 - массивная непрерывная дверная рама; 3 - сварка на каждом стержне

При определенных условиях в дождевом облаке могут накапливаться электрические заряды. Этому способствуют аэродинамические и термические процессы (восходящие воздушные потоки, конденсация паров на высоте от 1 до 6 км, образование капель, их дробление). В результате этих процессов капли получают суммарный отрицательный заряд и наполняют нижнюю часть облака, а более инерционные положительные ионы воздуха – верхнюю часть. При этом, внутри облака образуется электрическое поле между распределенными разнополярными зарядами.

Таким образом, молния – это электрический разряд в атмосфере между заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными частями облака. Разряд имеет преимущественно вид линейной молнии. Направленный вниз заряд между облаком и землей делится на лидерный (начальный) и главный (обратный). Обычно он начинается с прорастания от облака к земле слабо светящегося канала-ступенчатого лидера. При касании головки лидера земли возникает главный разряд. Он связан с нейтрализаций отрицательных зарядов лидера положительными зарядами земли и напоминает короткое замыкание. Главный разряд сопровождается интенсивным свечением, уменьшающимся при приближении к облаку, а также звуком (громом). Этот разряд и воспринимается людьми как молния. Основной источник их поражения – линейная молния.

Грозовой разряд оказывает на человека тепловое воздействие, а также механическое и электромагнитное.

От прямых ударов молнии объекты защищают молниеотводами различных типов и конструкций. Молниеотвод любого типа состоит из молниеприемника, предназначенного для непосредственного приема удара молнии, токоотвода, обеспечивающего отвод тока молнии к заземлению, и заземлителя, отводящего ток молнии в землю. Для крепления молниеприемников и токоотводов предназначены несущие конструкции (опоры).

Принцип действия молниеотводов основан на использовании свойства избирательности поражений молнией более высоких и хорошо заземленных предметов. Поэтому необходимо, чтобы молниеотвод возвышался над защищаемым объектом и имел достаточно хороший контакт с землей. Молниеотвод создает условия для ориентации лидерного разряда в направлении вершины молниеотвода (за счет создания наибольшей напряженности электрического поля на пути между развивающимся лидерным каналом и вершиной молниеотвода). Таким образом, молниеотвод как бы “отбирает” на себя грозовые разряды, возникающие в определенной зоне вокруг него, и, тем самым, экранирует расположенные поблизости от него более низкие объекты.

Пространство вокруг молниеотвода, защищенное от прямых ударов молнии, называется зоной защиты молниеотвода. Защищаемый объект должен полностью входить в зону защиты.



В зависимости от категории здания по устройству молниезащиты и ожидаемого числа поражений молнией в год требуется, чтобы объект полностью располагался в зоне защиты типа А или Б. Зона защиты типа А обладает степенью надежности (на ее границе) не ниже 99,5%, а зона защиты типа Б – не ниже 95%. Это очень высокая степень надежности. Прорыв молнии в зону защиты типа А возможен только в пяти случаях из тысячи ударов, а в зону защиты типа Б – в пяти случаях из ста.

Обычно применяют стержневые, тросовые и сетчатые типы молниеотводов. Для молниезащиты одного или группы строений применяют молниеотводы одного типа, но в ряде случаев целесообразно использовать комбинированные типы молниеотводов (например, тросово-стержневой молниеотвод).

Важным элементом молниеотвода является его заземляющее устройство, т.е. специальная металлическая конструкция, расположенная в земле. Оно служит для безопасного отвода тока молнии в землю.

Конструктивно молниеотводы и их заземляющие устройства должны выполняться следующим образом.

1. Опоры стержневых молниеотводов могут изготавливаться из стали любой марки, железобетона или дерева. Они должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов – с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузке.

2. Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм из стали любой марки. Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм². Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой. Эти соединения и токоотводы изготовливаются из круглой стали диаметром не менее 6 мм. Токоотводы, прокладываемые по наружным стенам здания, следует располагать не ближе 3 м от входов или в местах, недоступных для прикосновения людей.



3. В качестве естественных заземлителей молниезащиты допускается использование любых конструкций железобетонных фундаментов зданий и сооружений при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к закладным деталям. Допускается также использование для молниезащиты всех заземлителей электроустановок, рекомендуемых ПУЭ

4. Должны быть предусмотрены искусственные заземлители. Их следует располагать под асфальтовым покрытием либо в редко посещаемых местах (на газонах, в удалении от грунтовых проезжих и пешеходных дорог) на расстоянии 5 м и более.

30. Статическое электричество: сущность, опасность, методы защиты

При статической электризации во время технологических процессов, сопровождающихся трением, размельчением твердых частиц, пересыпанием сыпучих тел, переливанием жидкостей - диэлектриков, на изолированных от земли металлических частях производственного оборудования возникает электрическое напряжение относительно земли порядка десятков киловольт.

Так, при движении резиновой ленты транспортера в сельс­кохозяйственных агрегатах с электроприводом через клиноременную передачу в устройствах ременной передачи на лен­те (ремне) и на роликах (шкивах) возникают электростати­ческие заряды противоположных знаков большой величины, а потенциалы их достигают 45 кВ. Основную роль при этом играют влажность, давление воздуха и состояние поверхнос­тей лент (ремней) и роликов (шкивов), а также скорость отно­сительного движения (пробуксовки). Аналогично происходит электризация при сматывании тканей, бумаги, пленки и др.

При относительной влажности воздуха 85% и более электростатических зарядов обычно не возникает.

Возникающие в производственных условиях электроста­тические заряды могут служить импульсом, способным при наличии горючих смесей вызвать пожар и взрыв. В ряде случаев статическая электризация тела человека и затем пос­ледующие разряды с тела человека на землю или заземлен­ное производственное оборудование, а также электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека на землю могут вызвать нежелательные болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого дви­жения человека, в результате которого он может получить ту или иную механическую травму (ушибы, ранение). "

Устранение опасности возникновения электростатических зарядов достигается следующими мерами: заземлением про­изводственного оборудования и емкостей для хранения лег­ковоспламеняющихся и горючих жидкостей; увеличением электропроводности поверхностей электризующихся тел пу­тем повышения влажности воздуха или применением анти­статических примесей к основному продукту (жидкости, ре­зиновые изделия и др.); ионизацией воздуха с целью увели­чения его электропроводности.

31. Индивидуальные средства защиты от поражения электрическим током.

Электрозащитные средства должны находиться в поме­щениях электроустановок в качестве инвентарного имуще­ства. Они распределяются по местам хранения и это поло­жение должно быть зафиксировано в списках, утвержден­ных главным энергетиком предприятия. Ответственность за своевременное обеспечение персонала и комплектование электроустановок электрозащитными средствами несут на­чальник цеха, службы участка, а в целом по предприятию - главный инженер. Электротехнический персонал получает электрозащитные средства в индивидуальное пользование и отвечает за их правильную эксплуатацию и своевремен­ную отбраковку. Все электрозащитные средства должны быть пронумерованы, храниться в специальных помещениях, шка­фах, ящиках.

При эксплуатации средства защиты должны подвергать­ся периодическим и внеочередным испытаниям (после ре­монта) согласно ПТЭ и ПТБ.

Электрозащитные средства служат для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электри­ческим током, от воздействия электрической дуги и электро­магнитного поля.

Основные электрозащитные средства защиты, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение элект­роустановок, позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Дополнительные электрозащитные средства защиты сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить защиту от поражения током, а применяются совместно с основными электрозащитными средствами.

К электрозащитным средствам относятся:

изолирующие штанги (оперативные, для наложения за­земления, измерительные), изолирующие (для операций с предохранителями) и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, указатели напряжения для фазировки и т. д.;

изолирующие устройства и приспособления для ремонт­ных работ под напряжением выше 1000 В и слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками для рабо­ты в электроустановках напряжением до 1000 В;

диэлектрические перчатки, боты, галоши, ковры, изолиру­ющие накладки и подставки;

индивидуальные экранизирующие комплекты;

переносные заземления;

оградительные устройства и диэлектрические колпаки;

плакаты и знаки безопасности.

Кроме перечисленных электрозащитных средств при работах в электроустановках следует, при необходимости, применять такие средства индивидуальной защиты, как очки, каски, противогазы, рукавицы, предохранительные монтерские по­яса и страховочные канаты.

Классификация защитных средств в зависимости от напряжения электроустановки приведена в таблице.

Значительную опасность представляет атмосферное статическое электричество; в грозовых облаках накапливаетсянапряжение от 100 млн до 1млрд В (разность потенциалов между поверхностью земли и атмосферой при грозе), температура в молнии достигает значений 20 - 30 тыс °С , скорость молнии – порядка 100 000 км/с , а сила тока в ней – 180 000 А. Ежегодно на земном шаре бывает до 44 000 гроз, т.е. каждую секунду на небосклоне около 100 молний. В среднем на 1 км 2 поверзности земли приходится в год 2-4 грозовых разряда.

Грозовые разряды, поражающие наземные объекты проявляются в виде:

а) прямого удара молнии (непосредственный контакт молнии с объектом, сопровождающийся протеканием через него тока молнии)

б) вторичных проявлений молнии – электрической индукции (наведение потенциалов на наземных предметах в результате изменений электрического поля грозового облака, что сопряжено с опасностью появления искрения между металлическими элементами конструкций и оборудования) и электормагнитной индукции (наведение потенциалов в незамкнутых металлических контурах в результате быстрых изменений тока молнии, создающее опасность искрения в местах сближения этих контуров)

в) заноса высоких потенуиалов (перенесение наведенных молнией высоких электрических потенциалов в защищаемое здание по трубопроводам, электрическим кабелям и другим металлоконструкциям).

Эффективным средством защиты от атмосферного электричества является молниезащита. Комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений выполнятся по «Инструкци по устройству молниезащиты зданий и сооружений и промышленных коммуникаций» СО 153-34 И.122-2003.

Молниезащита бывает трех категорий , что определяется назначением зданий, среднегодовой продолжительностью гроз, ожидаемым числом поражений зданий в год.

II категория – защита промышленных зданий и сооружений с взрывоопасными зонами классов B-Iа, B-Iб, B-IIа и расположенных в местности со средней грозовой деятельностью 10 и более час в год. По этой же категории обеспечивается защита наружных технологических установок и открытых складов, относимых к классу B-Iг, вне зависимости от места расположения.

III категория – защита многих других производственных сельскохозяйственных, жилых и общественных зданий, сооружений, складов, дымовых труб, водонапорных, силосных башен, пожарных вышек, ТВ вышек с учетом их пожароопасности, степени огнестойкости, ожидаемого количества поражений молнией, времени средней грозовой активности в районе и других факторов.

Любой молниеотвод состоит из: опоры, молниеприемника, токоотвода (спуска) и заземлителя. Применяются2 типа молниеотводов: стержневой и тросовый. Стержневой по конструктивному исполнению бывает одиночный, двойной, многократный. Тросовый бывает одиночный и двойной.

Нажав на кнопку "Скачать архив", вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку "Скачать архив"

Подобные документы

    Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты. Особенности классификации воздействий токов молнии. Комплекс средств молниезащиты. Характеристика внешней молниезащитной системы. Принцип действия молниеприемников, токоотводов, заземлителей.

    реферат , добавлен 02.03.2011

    Понятие и принципы построения молниезащиты как системы связанных составляющих защиты дома и дорогостоящего оборудования от попадания молнии в строение или электропровода. Классификация зданий и сооружений по устройству. Правила расположения токоотводов.

    курсовая работа , добавлен 25.04.2015

    Способы предупреждения и защиты от поражения электрическим током: защитное зануление, заземление и отключение. Устройства и типичные схемы молниезащиты систем электроснабжения. Конструктивные отличия молниеотводов. Понятие статического электричества.

    курсовая работа , добавлен 13.04.2012

    Понятие и определение основных причин пожаров и взрывов. Техника тушения пожаров: методы, оборудование, средства, огнетушители. Пути и правила эвакуации людей. Пожарная связь и сигнализация. Методы защиты от статического и атмосферного электричества.

    презентация , добавлен 24.07.2013

    Причины и источники появления статического электричества, влияния этого вида электричества на здоровье человека, способы защиты. Молния как непременный атрибут грозы, последствия, ущерб от этого природного явления, человеческие жертвы, способы защиты.

    презентация , добавлен 09.12.2012

    Основные сведения о разрядах молнии и их параметрах. Характеристики грозовой деятельности. Опасные воздействия молнии. Классификация защищаемых от молнии объектов. Средства и способы молниезащиты (внешние и внутренние). Характеристика грозозащитных зон.

    курсовая работа , добавлен 26.07.2015

    Причины возникновения статического электричества. Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте. Воздействие статического электричества на организм человека. Средства защиты от статического электричества.

    реферат , добавлен 16.05.2008

    Понятие молнии: природа, появление, непредсказуемость поведения. Происхождение и характеристика линейной молнии, возникновение пожаров при её разряде и гибель людей. Специальные меры безопасности и защиты от поражения при наличии грозовых признаков.



Похожие статьи