Глава 4. Природное и статическое электричество. Защита от его воздействия

В летний грозовой период различные здания и сооружения могут оказаться под воздействием грозовых атмосферных электрических зарядов. Молния представляет собой электрический разряд в атмо­сфере между заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными частями облака, а также между соседними облаками. Длина канала молнии достигает нескольких километров..

Для равнинных районов различают разряды молнии непосредст­венно в землю или в здания и сооружения высотой до 100 м и раз­ряды молнии в высотные здания и сооружения (радиомачты, завод­ские трубы и др.). Можно указать на два вида воздействия молнии на здания и сооружения:

• первичное воздействие, которое связано с прямым, непосред­ственным воздействием ударом молнии;

■ вторичное воздействие, обусловленное электрической и электромагнитной индукцией, а также выносом высоких потенциа­лов через наземные и подземные металлические коммуникации.

При прямом ударе молнии могут возникнуть: пожары, взрывы, механические разрушения, поражения людей электрическим током за счет появления высоких потенциалов на отдельных участках зда­ний, оборудования и перенапряжения на проводах электрических сетей. Особую опасность при прямых ударах молнии представляют здания и наружные установки, в которых по условиям технологи­ческого процесса может образовываться взрывоопасная среда. Взры­воопасные наружные установки могут быть поражены прямым уда­ром молнии при проплавлении металлических поверхностей, при перегреве их внутренних стенок или воспламенении взрывоопасных смесей паров и газов, выделяющихся через предохранительные кла­паны, газоотводные трубы, свечи К таким установкам относятся ме­таллические и железобетонные резервуары для хранения нефтепро­дуктов; газгольдеры и резервуары со сжиженными горючими газами; многие аппараты наружных технологических установок нефтепере­рабатывающих, химических, других производств.

Для снижения опасности как для человека, так и для окружаю­щей среды используют молниезащиту. Молниезащита учитывает такие факторы как: важность объекта; его высота; расположение от­носительно соседних объектов; интенсивность грозовой деятельнос­ти и др. Защиту зданий и сооружений от прямых ударов молнии осуществляют с помощью специальных молниеотводов. Конструк­тивно каждый молниеотвод состоит из молниеприемника, непосред­ственно воспринимающего удар молнии; токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителей; заземлителя, через который ток молнии стекает в землю; опоры молниеотвода, предназначенной для закрепления молниеприемника и токоотвода. Опоры молниеотвода могут быть деревянными, металлическими и железобетонными. Различают следующие типы молниеприемников: стержневые, тросо­вые и сеточные. Молниеприемники должны выдерживать тепловое и динамическое воздействие молнии, а также быть надежными в экс­плуатации. Например, стержневые молниеприемники выполняются из полосовой, круглой, угловой стали, покрытой антикоррозионной краской. При этом сечение молниеприемника должно быть не менее 100 мм², а длина не менее 200 мм.

Если здания и сооружения имеют металлическую кровлю или железобетонные несущие конструкции, то с целью молниезащиты их заземляют. Токоотводы выполняют из стали любого профиля. Их рассчитывают на пропускание полного тока молнии без нарушений и существенного перегрева. Они должны иметь антикоррозионное покрытие. Токоотводами могут служить металлические элементы конструкций (направляющие лифтов; пожарные лестницы; водопро­водные, водосточные и канализационные трубы и др.). При этом по всей длине должна обеспечиваться надежная электрическая связь токоотводов с заземлителями, которую осуществляют только свар­кой. Защитная функция молниеотвода основана на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные ме­таллические сооружения.

Различные технологические процессы, связанные с размельче­нием твердых частиц, пересыпанием, просеиванием, смешиванием сыпучих тел, переливанием или фильтрацией жидкостей-диэлектри­ков, трением элементов оборудования или материалов друг о друга, сопровождаются статической электризацией, т.е. возникновением и разделением положительных и отрицательных зарядов. Статичес­кое электричество представляет собой совокупность явлений, свя­занных с возникновением, сохранением и релаксацией (стеканием) свободного электрического заряда, на поверхности и в объеме диэ­лектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводниках. В ряде технологических про­цессов при статической электризации потенциалы отдельных эле­ментов оборудования, материалов, веществ относительно земли или электропроводящих предметов, имеющих связь с землей, достигают десятков киловольт, а токи, стекающие в землю при статической электризации, составляют обычно десятки микроампер.

Внешние признаки статического электричества могут про­являться в виде:

• силового взаимодействия между заряженными телами или их отдельными участками;

• разряда статического электричества (искра или корона);

• воздействия на организм человека.

Разряды статического электричества наиболее опасны, если они развиваются в атмосфере горючего газа или пожаро- и взрывоопасных пылей.

Токи, обусловленные статической электризацией, не превышают 10 мкА и при длительном, систематическом воздействии их на ор­ганизм человека могут возникнуть различные патологии, хотя зна­чения этих токов меньше значений пороговых ощутимых токов. Раз­ряд с наэлектризованного человека на заземленный электропрово­дящий предмет или, наоборот, с наэлектризованного элемента обо­рудования на человека, стоящего на земле, может вызвать неприят­ные ощущения (слабые, умеренные или сильные уколы или удары, зависящие от энергии разряда). Непосредственной опасности для человека такие разряды не представляют, так как значения токов, стекающих через тело человека в землю, небольшие. Однако неожи­данность воздействия разряда статического электричества может вызвать испуг, сопровождающийся некоординированными непроиз­вольным действиями, приводящими к соприкосновению с вращаю­щимися или перемещающимися элементами оборудования, падению с высоты и др.

Существуют различные способы защиты от статического электричества:

- заземление металлических и электропроводящих неметалли­ческих элементов оборудования, а также обеспечение постоянного электрического контакта тела человека с заземлением;

• увеличение поверхностной и объемной проводимости диэлект­риков;

• нейтрализация зарядов путем использования радиоизотопных, индукционных и других нейтрализаторов;

• ионизация воздуха или среды, в частности, внутри аппаратов, сосудов;

• применение средств индивидуальной защиты (антиэлектростатические халаты и антистатическая обувь).

Наиболее распространенным способом защиты от стати­ческого электричества является заземление, которое объединя­ется с защитными заземляющими устройствами [1].