 |
|
Небезпека впливу блискавки.
Блискавка являє собою електричний розряд в повітрі довжиною в декілька кілометрів. Цей розряд відбувається між хмарами, всередині хмари або між хмарою і землею чи наземною спорудою. Починається процес розвитку блискавки з утворення і ступеневого просування іскрового розряду - лідера.Довжина ступені лідера 20-100 м, паузи між ступенями 50-100 мкс. Коли головка лідера досягає землі, від землі до хмари по іонізованому каналу відбувається головний розряд. Струм цього розряду може досягати 100 кА і більше. При одному ударі блискавки часто спостерігається декілька (до 20) розрядів з паузами 0,01-0,05с. Повторні розряди можна спостерігати - блискавка “миготить”.
Вплив блискавки на техно- і біосфери прийнято поділяти на дві основні групи: первинні, що викликані прямими попаданнями блискавки, і вторинні, індуковані близькими її розрядами або занесені в об'єкт поздовженими металевими комунікаціями. Небезпека прямого попадання і вторинних впливів для приміщень і споруд, а також людей і тварин, що знаходяться в них визначається, з одного боку, параметрами розряду блискавки, з другого - технологічними і конструктивними характеристиками об’єкта (наявність вибухо-, або пожежонебезпечних зон, вогнестійкістю будівель-них конструкцій, а також розташуванням і розмірами поздовжених комунікацій, що підводяться до будинків і споруд, їх розводкою всередині об’єкта і т.п.).
Прямий удар блискавки викликає наступні впливи на об'єкт:
lелектричні, що пов'язані з ураженням людей і тварин електричним струмом і виникненням перенапруг на елементах, які уражені блискавкою і по яких її струм відводиться в землю. При відсутності блискавкозахисту шляхи розтікання струму блискавки неконтрольовані і її удар може створити небезпеку ураження струмом, небезпечні напруги кроку і дотику, перекриття на інші об'єкти;
lтермічні, що спричиняються різким виділенням теплоти на шляхах протікання струму через уражений об’єкт. Енергія, що виділяється в каналі блискавки, визначається зарядом який пере-носиться, тривалістю спалаху і амплітудою струму блискавки; в 95% випадків розрядів блискавки ця енергія (в розрахунку на опір 1 Ом) перевищує 5,5 Дж, вона на два-три порядки перевищує мінімальну енергію спалаху більшості газо-, паро- і пилеповітряних сумішей, які використовуються в промисловості. Отже, в таких середовищах контакт з каналом блискавки завжди створює небезпеку загоряння або вибуху; то саме відноситься до випадків протоплення каналом блискавки корпусів вибухонебезпечних зовнішніх установок. При протіканні струму блискавки по тонких провідниках утворюється небезпека їх розтоплення і розриву;
lмеханічні, зумовлені ударною хвилею, що розповсюджується від каналу блискавки, і електродинамічними силами, які діють на провідники зі струмами блискавки. Контакт з каналом блискавки може спричинити різке паро- або газоутворення в деяких матеріалах з наступним їх механічним руйнуванням. Дерев’яні конструкції можуть бути повністю зруйновані, а цегляні труби та інші наземні споруди з каміння або цегли можуть мати значні пошкодження. При ударах блискавки в залізобетонні опори трапляються випадки сколу бетону. Відомі факти, коли після удару блискавки в залізобетонні плити утворювались отвори і була деформована сталева арматура. Значна енергія, що виділяється в каналі розряду, може спричинити руйнування, які призведуть або до зниження механічної міцності бетону, або до деформації конструкції. Електродинамічні сили можуть, наприклад, призвести до сплющення тонких металевих
трубок.
Довторинних проявів блискавки відносять явища, що виникають поблизу розряду блискавки і викликані дією електромагнітного поля, що індукується навколо каналу блискавки. Прийнято таке поле поділяти на дві складові: електромагнітну і електростатичну, а відповідні дії - електромагнітну і електростатичну індукцію.
lЕлектромагнітна індукція пов'язана з утворенням в металевих контурах ЕРС, що пропорційна крутизні струму блискавки і площі, що охоплюється контуром. Поздовжені комунікації в сучасних виробничих будинках можуть утворювати контури, що охоплюють великі площі, і наведені ЕРС в них можуть сягати десятків кіловольт. В місцях наближення поздовжених металевих конструкцій, в місцях розривів незамкнених контурів створюється небезпека перекриттів та іскріння з можливим розсіюванням енергії біля десятих долей джоуля.
lЕлектростатична індукція проявляється у вигляді перенапруг, які утворюються на металевих конструкціях об'єкта а їх величина залежить від струму блискавки, віддалі від місця удару і опору заземлювача. При відсутності необхідного заземлювача перенапруги можуть досягати сотень кіловольт і утворювати небезпеку ураження людей і перекриттів між різними частинами об'єкта.
Ще одним видом небезпечного впливу блискавки є занос високого потенціалу по комунікаціях, які заходять в приміщення (провода повітряних ліній електропередачі, кабелі, трубопроводи). Він являє собою перенапругу, яка утворюється на комунікації при прямих або наближених попаданнях блискавки яка розпов-сюджуються у вигляді хвилі, що набігає на об'єкт. Небезпека створюється за рахунок можливих перекриттів з комунікацій на заземлені частини об'єкту. Підземні комунікації також представляють небезпеку, тому що вони можуть сприйняти на себе частину струму блискавки, що розміщається в землі і занести її на об'єкт.
2. Загальні питання улаштування блискавкозахисту.
| Блискавкозахист - це комплекс заходiв, спрямованих на запобігання прямого удару блискавки в об’єкт або на усунення небезпечних наслідків, пов’язаних з прямим ударом; до такого комплексу відносятся також засоби захисту, що оберігають об’єкт від вторинних впливів блискавки і заносу високого потенціалу. |
Різноманітність технологічних процесів, режимів роботи виробничого устаткування, а також вибухові і пожежні властивості матеріалів, що в цих процессах використовуються, створюють не-однакові умови вибухопожежонебезпеки у виробничих приміщеннях і зовнішніх установках. Рівень вибухопожежонебезпеки техноло-гічних процесів визначається у відповідності з класифікацією, що наведена в “Правилах улаштування електроустаткування” (ПУЕ). Ця класифікація є визначальною при вирішення питання улаштування блискавкозахисту (поз.2 табл. 2.1).
Класифікація будинків і споруд по улаштуванню блискавкозахисту та необхідності її виконання
Таблиця 2.1
| № п.п | Будинки i споруди | Мiсце розташування | Тип зони | Кате- горiя |
| Будинки i споруди або їх частини, примiщення яких згідно ПУЕ відносяться до зон класiв В-I i В-II | На всiй територiї країни | Зона А | I | |
| Те саме класiв В-Iа, В-Iб i В-IIа | В мiсцевостях з сере-дньою тривалiстю грози 10 год/рiк і бiльше | При очікуваній кiлькостi уражень блискавкою на рiк: N>1 - зона A; N<1 - зона Б | II | |
| Зовнiшнi установки, якi утворюють згiдно ПУЕ зону класу В-Iг, наприклад технологiчнi установки та вiдкритi склади в яких утримуються горючi гази або ЛЗР, зливоналивочнi естакади, очиснi споруди i т.п. | На всiй територii країни | Зона Б | II | |
| Будинки i споруди або їх частини, примiщення яких згідно ПУЕ відносяться до зон класiв П-I, П-II і П-IIа | В мiсцевостях з се-редньою тривалiстю грози 20 год/рiк і бiльше | Для будинків і споруд I і II ступеней вогнестійкості при 0,1<N<2 і для III-V - при 0,02<N<2 - зона Б, при N>2 - зона A | III | |
| Зовнiшнi установки і відкриті склади, якi утворюють згiдно ПУЕ зону класу П-III | В мiсцевостях з сере-дньою тривалiстю грози 20 год/рік і бiльше | При 0,1<N<2 - зона Б, при N>2 - зона A | III | |
| Будинки i споруди III, IIIa, IIIб, IV, V ступеней вогнестійкості, в яких відсутні приміщення, що відносяться згідно ПУЕ до зон вибухо- і пожежо-небезпечних класів | То саме | При 0,1<N<2 - зона Б, при N>2 - зона A | III | |
| Будинки обчислювальних центрів, в тому числі що розташовані в міській забудові | В мiсцевостях з сере-дньою тривалiстю грози 20 год/рiк і бiльше | Зона Б | II | |
| Димові та інші труби підприємств і котелень, башти і вишки всіх призначень заввишки 15 м і більше | В мiсцевостях з сере-дньою тривалiстю грози 10 год/рiк і бiльше | - | III |
Ще одним визначальним чинником є рівень грозової активності в місці розташування споруди. Формування грозової хмарності і, як наслідок, грозова активність залежить від кліматичних умов і рельєфу місцевості. Тому грозова активність над різними ділянками земної поверхні неоднакова. Для розрахунку блискавкозахиснихзаходів необхідно мати конкретне значення, що характеризує грозову діяльність в даному регіоні. Такою величиною є інтенсивність грозової діяльності, яку прийнято визначати кількістю грозових годин на протязі року. Вона визначається як середньо-арифметичне значення за декілька років спостережень для певної місцевості земної поверхні. Середньорічна тривалість грози в окремих регіонах і промислових центрах визначається з карти (див. РД 34.21.122-87, рис.3) або за даними метеорологічних станцій, найближчих до даного регіону. Як приклад, наведемо значеннядля деяких міст України:
Симферопіль - 40...60;
Дніпропетровськ, Київ, Львів, Одеса - 60...80;
Донецьк, Запоріжжя, Ужгород - 80...100.
Інтенсивність грозової активності в даному регіоні земної поверхні визначають також кількістю ударів блискавки за рік, що припадає на 1 км2 земної поверхні - n. Середня кількість уражень блискавкою 1 км2 земної поверхні за рік приймається в залежності від середньорічної тривалості грози і наведено в таблиці 2.2.
Iнтенсивнiсть грозової дiяльностi Таблиця 2.2
| Середньорічна тривалість грози, г | Питома густина ударів блискавки в землю n, 1/(км2 рік) |
| 10-20 | |
| 20-40 | |
| 40-60 | |
| 60-80 | 5,5 |
| 80-100 | |
| 100 і більше | 8,5 |
Очiкувана кiлькiсть ударiв блискавки за рік будинків і споруд прямокутної форми визначається за формулою
; (2.1)
для зосереджених об’єктів (башт, вишок, димових труб):
, (2.2)
де: h - найбiльша висота будинку або споруди, м; S,L - вiдповiдно ширина i довжина будинку або споруди, м; n - середньорiчна кiлькiсть ударiв блискавки в 1 км2 земної поверхнi (питома густина ударів блискавки в землю) в районi розташування будинку або споруди (табл. 2.2).
Для будинкiв і споруд складної конфiгурацiї при розрахунку N значення S i L розглядають як ширину i довжину найменшого прямокутника, в який можна вписати будинок або споруду в планi.
В залежності від параметрів, що характеризують грозову активність в районі розташування об’єкта, визначаються такі важливі показники блискавкозахисту (табл.2.1) як:
· категорія блискавкозахисту;
· тип зони захисту.
Блискавкозахист поділяється на три категорії - I, II і III. Об'єкти, якi належать до I i II категорiй, захищають вiд прямих ударiв блискавок, вторинних її проявів і занесення високого потен цiалу через наземні(надземні) і пiдземнi металеві комунiкацiї. Будинки і споруди, віднесені за улаштуванням блискавкозахисту до III категорiї, повинні бути захищені вiд прямих ударів i занесення високого потенцiалу через наземнi (надземні) металевi комунікації.
Зовнiшнi пристрої, що належать за улаштуванням блискавкозахисту до II категорiї, захищають вiд прямих ударiв блискавок i вторинних впливів, а вiднесенi до III категорiї - тiльки вiд прямих ударiв.
Найбільш небезпечним з усіх впливів блискавки з точки зору ураження будинків і споруд є прямий удар. Багаторічні спостереження і дані свідчать про те, що переважна більшість пожеж і руйнувань при грозових розрядах викликано саме прямими ударами блискавки. Тому, при улаштуванні блискавкозахисту любої категорії має бути виконаний захист від прямих ударів блискавки. Існує три види такого захисту - стержневий, тросовий і сітчастий. В даних методичних вказівках розглядається тільки стержневий блискавкозахист і тільки від прямих ударів блискавки. Інші питання блискавкозахисту (тросовий, сітчастий блискавкозахисти, а також захист від вторинних проявів розглядаються в РД 34.21.122-87 “Инструкции по устройству молниезащити зданий и сооружений”).