Åskskydd av byggnader och anläggningar

Utsläpp av blixtar från atmosfärisk elektricitet kan orsaka isoleringsskador, olyckor i elinstallationer, olyckor med människor och förstörelse av byggnader och konstruktioner.

Blixtens utseende

När solen värmer jordytan uppstår luftströmmar mättade med vattenånga uppåt. Mindre vattenpartiklar är negativt laddade, större är positivt laddade.

Under inverkan av vind och gravitation sker en separation av motsatt laddade partiklar. Vattenpartiklar i moln som stiger till en höjd av mer än 5 km fryser och kollapsar. Positivt laddade kristaller finns i den övre delen av molnet, på en höjd av 5-7 km, negativt laddade - på en höjd av 2-5 km. Som ett resultat av separationen av laddningar i molnen bildas de så kallade. Rymdladdningar och olika delar av åskmolnet har olika laddningsvärden och tecken. Laddningar från botten av molnet orsakar laddningar av motsatt tecken på marken.

Mellan molnen och marken, såväl som mellan olika delar av molnet eller mellan olika moln, uppstår fält med hög intensitet — flera tiotusentals volt per centimeter —. Vid en fältstyrka på cirka 30 kV / cm sker jonisering av luften, ett genombrott börjar - den så kallade ledarurladdningen (en svagt glödande kanal med en diameter på 10–20 m), som rör sig med en medelhastighet på 200– 300 km/sek.

Under inverkan av fältet, laddningar på marken — i områden med ökad ledningsförmåga (våta platser, elektriskt ledande skikt, etc.) eller med höga föremål (kullar, skorstenar, vattentorn, stolpar, kraftledningar, träd, oberoende byggnader på slätten, etc. .) — ​​rör sig mot föraren.

Ledaren riktas mot det föremål i förhållande till vilket den elektriska fältspänningen är störst och då uppstår en kraftig moturladdning som fortplantar sig med en hastighet jämförbar med ljusets hastighet (fig. 1). Dessutom, på mindre än en tiotusendels sekund passerar en ström som når hundratusentals ampere genom den påverkade strukturen, under vilken plasman värms upp till flera tiotusentals grader och börjar lysa starkt.

Ljuseffekten av utkastningen uppfattas som en blixt, och den explosiva expansionen av luft i avgaskanalen ger en ljudeffekt — åska.

Ris. 1. Schematisk över processen för elektrifiering av ett åskmoln och utvecklingen av en blixtladdning mot ett markobjekt.

Mätningar visar att ungefär 3/4 av urladdningarna kommer från de negativt laddade delarna av molnet och 1/4 av urladdningarna från de positivt laddade områdena. Efter den första kan flera fler på varandra följande urladdningar dyka upp.

Blixtnedslag kännetecknas av följande parametrar:

• strömamplitud — den vanligast observerade strömmen är 10–30 kA, i 5–6 % av mätningarna når strömmen 100–200 kA;

• Vågfrontens längd — varaktigheten av att blixtströmmen stiger till dess maximala värde (vanligtvis 1,5-2 μs).

Mycket mindre ofta observeras bollblixt, vilket är en glödande plasmaboll med en diameter på upp till en halv meter, som långsamt rör sig under inverkan av luftströmmar på jordens yta. Kulblixtar tränger igenom byggnader genom skorstenar, fönster, dörrar.

Om bollblixt berör en levande organism uppstår dödliga skador, allvarliga brännskador uppstår och vid kontakt med strukturer uppstår explosion och mekanisk förstörelse av föremål. Kulblixtens natur är fortfarande inte väl förstått.

Blixtnedslags inverkan på byggnader och strukturer

Ett direkt blixtnedslag orsakar splittring av stöd, smältning av strukturer, antändning och explosion, mekanisk förstörelse, oacceptabel uppvärmning av metallstrukturer från blixtar som passerar genom dem i marken. Enligt driftsdata brinner blixtar genom plåt med en tjocklek på 4 mm.

Elektrostatisk induktion visar sig i skapandet av en hög potential på isolerade metallstrukturer och ledningar, vilket leder till förstörelse av marken, vilket i sin tur kan orsaka elektriska stötar för människor, antändning och explosion av explosiva blandningar, samt skador på isolering i elinstallationer .

Elektromagnetisk induktion manifesterar sig i induktion under urladdningsström på expanderade metallstrukturer och kommunikationer (balkar, skenor, rörledningar, etc.), isolerade från varandra och från marken, vilket kan orsaka en gnista eller båge.

Vid blixturladdning införs även höga potentialer längs externa markstrukturer och kommunikationer.

Byggnader och anläggningar, beroende på deras syfte och intensiteten av blixtaktiviteten i området där de befinner sig, måste skyddas från blixtskador eller sekundära effekter orsakade av blixtnedslag.

Territoriet från Ural till Krasnoyarsk och söder om Krasnoyarsk, från Krasnoyarsk till Khabarovsk tillhör områden med en genomsnittlig varaktighet av åskväder på 40 till 60 timmar. I regionen norr om Krasnoyarsk, från Krasnoyarsk till Nikolaevsk-on-Amur, är den genomsnittliga varaktigheten av åskväder från 20 till 40 timmar. Ökad åskväderaktivitet från 60 till 80 timmar per år observeras i regionerna i övre Altai (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Åskskydd av byggnader och strukturer måste utföras enligt projekt som utvecklats av specialiserade organisationer.

Skydd mot direkta blixtnedslag. Blixtstångens täckningsområde

Åskskyddsanordningarnas verkan består i det faktum att en blixtstång av metall som tornar över den är installerad nära det skyddade föremålet, tillförlitligt ansluten till marken. När en blixtladdning inträffar, närmar sig ledaren som rusar till marken den högsta punkten med ökad konduktivitet (den övre delen av den jordade blixtledaren fungerar som en sådan punkt) och urladdningen sker till blixtledaren, förbi det skyddade föremålet.

Skyddszonen för en enstavs blixtstång med höjden h är en kon med höjden 0,92 h med en bas i form av en cirkel med en radie på 1,5 h (fig. 2).

Alla strukturer som passar in i konen kommer att skyddas från ett direkt blixtnedslag med en tillförlitlighet på minst 95 % (Zon B).Inuti en kon med en höjd på 0,85 timmar och en basradie på 1,1 timmar är skyddssäkerheten 99,5 %. (Zon A).

Ris. 2. Enstaviga åskskyddszoner. A — skyddszon med 99,5 % tillförlitlighet; B — skyddszon med 95 % tillförlitlighet; 1 — blixtstång; 2 — skyddsobjekt.

Om platsområdet är större än det skyddade området är det nödvändigt att öka höjden på blixtstången eller installera flera blixtstång.

Skydd mot sekundära effekter av blixtnedslag

Huvudåtgärden för att bekämpa förekomsten av höga potentialer i byggnader eller strukturer på grund av elektrostatisk induktion under atmosfäriska urladdningar är jordningen av alla ledande element i byggnaden.

För att ta bort inflytande elektromagnetisk induktion i långsträckta metallelement (rörledningar, metallkonstruktioner etc.) är de senare pålitligt förbundna med metallbroar.

För att eliminera överföringen av höga potentialer genom antenn- och underjordskommunikation, implementeras inmatningarna av kraft-, radio-, signalerings- och kommunikationsnätverk av kabel- och ventilbegränsare (till exempel RVN-0.5) och gnistgap, som utlöses när spänningsökningar installeras.