Глава 18

ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО

И АТМОСФЕРНОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

18. 1. СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Статическое электричество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией (уменьшением величины) свободных электрических зарядов на поверхности и в объеме диэлектрических и полупро-

водниковых материалов и изделий или на изолированных проводниках.

Возникновение и сохранение зарядов статического электричества (СтЭ) называют электризацией тел.

Заряды СтЭ образуются при деформации (изгибе, растяжении, резании и т. п.) и дроблении твердых тел, разбрызгивании жидкостей, при относительном перемещении (трении) твердых тел, слоев сыпучих и жидких тел, при испарении, сублимации и кристаллизации веществ, при облучении тел ультрафиолетовым светом, рентгеновскими лучами и атомными частицами, при химических реакциях между веществами.

Атомы химических элементов электрически нейтральны, так как содержат одинаковое количество отрицательно заряженных электронов (на орбитах) и положительно заряженных протонов (в ядре атома). Нейтральными в обычных условиях являются все физические тела. Заряды СтЭ образуются в результате перераспределения заряженных частиц (электронов) в телах. В основе механизма перераспределения заряженных частиц лежит явление экзоэлектронной эмиссии (ЭЭ) — вылет электронов за пределы тела.

18.2. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

И ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Общим во всех явлениях, приводящих к возникновению зарядов статического электричества (СтЭ), является сообщение (передача) телам избыточной внутренней энергии; явления различаются только способом передачи энергии. Появление в телах избыточной внутренней энергии приводит к повышению температуры тел относительно окружающей среды. Нагретое тело остывает, передавая избыточную тепловую энергию окружающей среде. Передача энергий обеспечивается фононами (квантами упругих колебаний атомов), излучением электромагнитных квантов различных энергий (включая фотоны видимого света), эмиссией электронов и ионов, а для тел сложного

химического строения — также эмиссией ионрадикалов.

Эмиссия ионов, ионрадикалов, а также нейтральных атомов и молекул наблюдается экспериментально, однако ввиду сравнительной массивности этих частиц акты их эмиссии относительно редки и доля переносимой ими энергии невелика. Основными носителями энергии являются электроны — самые легкие атомные частицы; их доля в тепло-переносе для металлических тел достигает 90 %. Эмиссия электронов обычно сопровождается излучением квантов электромагнитных колебаний; например, при раскалывании сахара в темноте на новых поверхностях наблюдается голубоватое свечение.

В строительстве используются преимущественно твердые и сыпучие тела, которые часто подвергаются механическому воздействию (деформации, дроблению, трению). В ходе выполнения этих операций механическая работа силы преобразуется в избыточную внутреннюю энергию тел.

Сообщение телам избыточной внутренней энергии любым способом всегда сопровождается экзоэмиссией электронов с поверхности тел. Экспериментально этот факт был установлен в 1949 г. и по фамилии ученого получил название «эффект Крамера».

При трении тел разного химического состава возникают встречные потоки электронов (рис. 18. 1). Каждый электрон является не только носителем энергии, но и носителем отрицательного заряда. Облачко электронов, осевших на

Рис. 18.1. Схема образования двойного электрического слоя (ДЭС) при трении двух разнородных тел

поверхности диэлектрического тела, создает отрицательный статический заряд. Разность интенсивностей встречных потоков электронов определяет преимущественное направление переноса отрицательных зарядов и их величину. Атомы тела, отдавшие свои электроны, превращаются в положительные ионы и образуют положительный заряд такой же величины. Поверхности трения имеют точечный контакт, преобразование работы деформации в теплоту происходит именно в точках контакта и потому распределение зарядов на поверхности тел носит очаговый характер.

Конечным результатом трения тел. является образование на их поверхностях двойного электрического слоя (ДЭС) (рис. 18. 1). ДЭС не образуется только в том случае, когда тела выполнены из одного материала, так как при этом условии встречные потоки электронов взаимно полностью компенсируются.

Процессу электризации тел способствуют такие факторы, как увеличение силового взаимодействия контактирующих тел, увеличение скоростей перемещения твердых, сыпучих и жидких тел, увеличение различия в электросопротивлении тел.

Двойной электрический слой возникает в результате принудительного перераспределения заряженных частиц и в силу этого является неустойчивым образованием. Близкое расположение зарядов противоположных знаков создает постоянную тенденцию к их релаксации. Движущими силами процесса релаксации являются как силы отталкивания между зарядами одного знака, так и силы притяжения между отрицательными и положительными зарядами. Эти силы можно рассчитать по формуле Кулона

где q\ и q-i — заряды; R — расстояние между ними. Релаксация зарядов СтЭ происходит преимущественно за счет перемещения электронов, образующих отрицательные заряды.

Релаксация зарядов статического электричества происходит в следующих формах (рис. 18. 2): 1) расте-

Рис. 18.2. Схема релаксации зарядов статического электричества:

/— прорезиненная лента транспортера; 2— металлический каток транспортера; 3— растекание зарядов по поверхности тела; 4— распределение зарядов по объему тела; 5— стримеры (лавины электронов); 6—искровые разряды

кание зарядов по поверхности тела; 2) распределение зарядов в объеме тела; 3) стекание зарядов с поверхности тела в воздух (образование стримеров); при этом в промежутке между телами происходит ионизация воздуха, благодаря чему создаются условия для прохождения искрового разряда; 4) искровые разряды между отрицательными и положительными зарядами на поверхностях тел; эта форма релаксации наиболее эффективна, так как сопровождается массовой рекомбинацией заряженных частиц с образованием нейтральных атомов.

Сохранение зарядов СтЭ во времени зависит в основном от удельного объемного электрического сопротивления р тел. Материалы с р<СЮ Ом-м практически не электризуются: возникновение и релаксация зарядов происходит примерно с одинаковой скоростью; из таких материалов рекомендуется изготовлять производственное оборудование. Материалы с р> 105 Ом-м (например, капрон, р=1012 Ом-м) относятся к полупроводникам и диэлектрикам; они способны долго сохранять заряды на своей поверхности.

Искровые разряды между контактирующими телами могут иметь большую энергию и могут быть источником зажигания горючих газо-, паро- и

пылевоздушных смесей. Именно в этом заключается основной опасный фактор статического электричества. По статистическим данным искровые разряды СтЭ являются причиной примерно 60 % всех взрывов на взрывопожароопасных производствах.

Согласно ГОСТ 12.1.018—86 «ССБТ. Пожарная безопасность. Электростатическая искробезопасность. Общие требования», характеристиками зажигающей способности разрядов СтЭ являются минимальная энергия и минимальный заряд зажигания.

Степень электризации тела характеризуется величиной его электрического потенциала ф (В) относительно земли. Потенциалы тел измеряют статическим киловольтметром. Электрический заряд тела q (Кл) равен произведению потенциала на электрическую емкость тела С (Ф) относительно земли:

Минимальный заряд зажигания есть наименьшее значение полного заряда, перенесенного единичным искровым разрядом, необходимое для зажигания горючей смеси при оптимальном соотношении горючего и окислителя.

Ток электризации 1Э (А) равен произведению потенциала на среднее число разрядов в секунду:

Энергию разряда W (Дж) вычисляют по формуле

Минимальная энергия зажигания представляет собой наименьшее значение энергии электрического разряда, способного воспламенить данную легковоспламеняемую смесь пара или пыли с воздухом.

Электростатическая искробезопасность считается обеспеченной, если в результате принятых мер максимально возможная-энергия разряда СтЭ на производстве не превышает 0,25 минимальной энергии W3 зажигания возможной на производстве горючей смеси. Величина W3 (мДж) составляет для паров: бензина—0,15, метана—0,28, оксида

углерода —8, хлопкового пуха—10, древесной муки и алюминиевой пыли—20.

Для человека разряды СтЭ не представляют прямой опасности. Тело человека легко электризуется, его потенциал может достигать 15 кВ, но токи разряда весьма малы, они обычно составляют доли микроампера. Искровые разряды вызывают у человека ощущение слабого или острого укола и лишь при разности потенциалов 30 кВ вызывают временную судорогу. Такое действие может вызвать непроизвольное резкое движение и привести к травме.

Энергия разрядов СтЭ с тела человека может достигать 10 мДж, что достаточно для зажигания многих горючих смесей, поэтому человек, как и производственное оборудование, должен быть защищен от образования заметных зарядов СтЭ.

18.3. ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

В соответствии с «Правилами защиты от статического электричества» мероприятия по защите предусматриваются и реализуются во взрывоопасных помещениях и зонах открытых установок, относящихся по «Правилам устройства электроустановок» (гл. VII—3 и VII — 4) к взрывоопасным зонам классов B-I, В-Іа, В-Іб, В-Іг, В-ІІ, В-Па. Это такие помещения и зоны, в которых возможно образование взрывоопасных смесей горючих газов, паров легковоспламеняющихся жидкостей, горючих пылей и волокон с воздухом как при нормальном режиме работы производства, так и в результате аварий или неисправностей производственного оборудования.

Электризация материалов, изделий и оборудования является результатом одновременно протекающих противоположно направленных процессов: образования и релаксации зарядов СтЭ. Соответственно мероприятия по защите от СтЭ целесообразно подразделить на две группы:

мероприятия, направленные на предотвращение или уменьшение интенсивности образования зарядов;

мероприятия, обеспечивающие усло-

вия для быстрейшей релаксации зарядов.

К первой группе мероприятий относятся: уменьшение силового воздействия при работе с материалами и изделиями, уменьшение скоростей перемещения твердых, сыпучих и жидких тел, изготовление контактирующих тел из одного материала или из материалов с близкими электросопротивлениями, добавление в объем диэлектрических материалов токопроводящих примесей (алюминиевая пудра, графитный порошок), нанесение на поверхность тел токопроводящих лакокрасочных покрытий или пленок, добавление в электризующиеся жидкости антистатических добавок (слабых электролитов, например олеата натрия), обработка пленочных материалов антистатиками.

Многие жидкости (нефтепродукты, бензол, сероуглерод) легко электризуются. При работе с ними предусматриваются конкретные меры, предотвращающие образование заметных зарядов СтЭ: скорость течения жидкости с р^Ю5 Ом-м не должна превышать 10 м/с, жидкости с р^ 109 Ом-м — 5 м/с; не допускается налив жидкости свободно падающей струей; сливную трубу следует располагать у дна сосуда и направлять вдоль его длинной стенки; не допускается разбрызгивание и интенсивное перемешивание жидкости. Эти меры предписывающего характера направлены на снижение силового воздействия на жидкости.

Во вторую группу включаются три мероприятия.

1. Заземление металлического и электропроводного неметаллического производственного оборудования. Заземление обеспечивает отвод образующихся зарядов в землю. Оборудование присоединяют к заземлителю не менее чем в двух точках;сопротивление зазем-лителя не.должно превышать 100 Ом; практически используют готовые зазем-лители электроустановок. Корпуса автоцистерн заземляют с помощью металлической цепи, постоянно соприкасающейся с землей; во время заправки автоцистерны на базе топлива ее корпус соединяют со стационарным заземлите-

50 55 SO

Б5

Рис. 18.3. Зависимость потенциала от относительной влажности воздуха при движении диэлектрической ленты по резиновым роликам со скоростью 10 м/с.

лем. Для железнодорожных цистерн заземлителем является рельсовый путь.

2. Увеличение относительной влажности воздуха до 65...70 % в производственном помещении или только в местах обработки материалов. Этот метод эффективен, если материалы (изделия) и оборудование гидрофильны, т. е. способны создавать на своей поверхности тончайшую водяную пленку. Водяная пленка экранирует эмиссию электронов и обеспечивает растекание зарядов по поверхности тел, что снижает потенциалы зарядов практически до нуля (рис. 18.3).

3. Ионизация воздуха вблизи мест образования зарядов СтЭ. Ионизаторы воздуха или, как их называют нейтрализаторы зарядов, по виду используемой энергии подразделяются на индукционные и радиоизотопные. Ионизаторы создают ионы обоих знаков, ионы нужного знака притягиваются и нейтрализуют образовавшиеся заряды.

В индукционных нейтрализаторах создается электростатическое поле высокой напряженности; с острия электродов-ионизаторов стекают потоки быстрых электронов, которые и вызывают ионизацию молекул воздуха.

В радиоизотопных нейтрализаторах используется а-излучение (положительно заряженные ядра атомов гелия, обычно применяемый изотоп — плуто-ний-239 или тритий) и ^-излучение (электроны; обычно применяемый изотоп — прометий-147). Радиоизотопные нейтрализаторы поставляет ВСНПО «Изотоп». Стандартные нейтрализато-

Рис. 18.4. Схема нейтрализации положительных зарядов на пленочном материале с помощью радиоактивного нейтрализатора

ры при использовании а-частиц обеспечивают высокую степень ионизации в слое воздуха толщиной 40 мм, при использовании р-частиц — в слое воздуха толщиной 400 мм. На рис. 18.4 показана схема нейтрализации зарядов на пленочном материале с помощью радиоизотопного нейтрализатора.

Для защиты человека и исключения разрядов СтЭ с него используются антистатическая одежда и обувь, токопрово-дящие полы (с удельным сопротивлением не более 10 Ом-м), а также токо-проводящая обивка стульев и легкосъемные электропроводные браслеты; обивка стульев и браслеты должны быть заземлены.

18.4. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

И ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках — образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состоянии.

Площадь океанов и морей составляет 71 % поверхности земного шара. Каждый 1 см2 поверхности Земли в течение года в среднем получает 460 кДж солнечной энергии. Подсчитано, что из этого количества 93 кДж/(см2-год) расходуется на испарение воды с поверхности водных бассейнов. Поднимаясь вверх, водяные пары охлаждаются и конденсируются в мельчайшую водяную пыль, что сопровождается выделением теплоты парообразования (2260 кДж/л). Образовавшийся избыток внутренней энергии частично расходуется на эмиссию частиц с поверхности мельчайших водяных капелек. Для от-

деления от молекулы воды протона (Н + ) требуется 5,1 эВ, для отделения электрона —12,6 эВ, а для отделения молекулы от кристалла льда достаточно 0,6 эВ, поэтому основными эмитируемыми частицами являются молекулы воды и протоны. Количество эмитируемых протонов пропорционально массе частиц. Результирующий поток протонов всегда направлен от более крупных капелек к мелким. Соответственно более крупные капельки приобретают отрицательный заряд, а мелкие — положительный. Чистая вода — хороший диэлектрик и заряды на поверхности капелек сохраняются длительное время. Более крупные тяжелые отрицательно заряженные капельки образуют нижний отрицательно заряженный слой облака. Мелкие легкие капельки объединяются в верхний положительно заряженный слой облака. Электростатическое притяжение разноименно заряженных слоев поддерживает сохранность облака как целого.

Эмиссия протонов возникает дополнительно при кристаллизации водяных частиц (превращении их в снежинки, градинки), так как при этом выделяется теплота плавления, равная 335 кДж/л. При соударениях капелек, снежинок, градинок работа ветра в конечном счете приводит к эмиссии протонов, к изменению величины заряда частиц. Следовательно, атмосферное электричество (АтЭ) и статическое электричество (СтЭ) имеют одинаковую физическую природу. Различаются они масштабом образования зарядов и знаком эмитируемых частиц (электроны или протоны).

О единстве природы АтЭ и СтЭ свидетельствуют опытные данные. Сухой снег представляет собой типичное сыпучее тело; при трении снежинок друг о друга и их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться, что и происходит в действительности. Наблюдения на Крайнем Севере и в Сибири показывают, что при низких температурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, в облаках снежной пыли бывают видны

синие и фиолетовые вспышки, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень сильные метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подключаемые к ним электролампочки светятся полным накалом. Те же явления наблюдаются во время сильных пыльных (песчанных) бурь.

Наличие множества взаимодействующих факторов дает сложную картину распределения зарядов АтЭ в облаках и их частях. По экспериментальным данным нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, а верхняя — положительный, но может иметь место и противоположная полярность частей облака. Облака могут также нести преимущественно заряд одного знака.

Заряд облака (части облака) образуют мельчайшие одноименно заряженные частицы воды (в жидком и твердом состоянии), размещенные в объеме нескольких км3.

Электрический потенциал грозового облака составляет десятки миллионов вольт, но может достигать 1 млрд. В. Однако общий заряд облака равен нескольким кулонам.

Основной формой релаксации зарядов АтЭ является молния — электрический разряд между облаком и землей или между облаками (частями облаков). Диаметр канала молнии равен примерно 1 см, ток в канале молнии составляет десятки килоампер, но может достигать 100 кА, температура в канале молнии равна примерно 25 000°С, продолжительность разряда составляет доли секунды.

Молния является мощным поражающим опасным фактором. Прямой удар молнии приводит к механическим разрушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызывает пожары и взрывы, является прямой или косвенной причиной гибели людей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и вещества в пар высокого давления на путях протекания тока молнии в названных объектах. Прямой удар молнии называют первичным воздействием атмосферного электричества.

К вторичному воздействию АтЭ относят: электростатическую и электромагнитную индукции; занос высоких потенциалов в здания и сооружения.

Рассмотрим опасные факторы вторичного воздействия АтЭ. Образовавшийся электростатический заряд облака наводит (индукцирует) заряд противоположного знака на предметах, изолированных от земли (оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши зданий, провода ЛЭП, радиосети и т. п.). Эти заряды сохраняются и после удара молнии. Они релаксируют обычно путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. В этом заключается опасность электростатической индукции.

Явление электромагнитной индукции заключается в следующем. В канале молнии протекает очень мощный и быстро изменяющийся во времени ток. Он создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле индуцирует в металлических контурах электродвижущую силу разной величины. В местах сближения контуров между ними могут происходить электрические разряды, способные воспламенить горючие смеси и вызвать электротравматизм.

Занос высоких потенциалов в здание происходит в результате прямого удара молнии в металлокоммуникации, расположенные на уровне земли или над ней вне зданий, но входящие внутрь зданий. Здесь под металлокоммуникациями понимают рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП и т. п. Занесение высоких потенциалов внутрь здания сопровождается электрическими разрядами на заземленное оборудование, что может привести к воспламенению горючих смесей и электротравматизму людей.

18.5. ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Требуемая степень защиты зданий, сооружений и открытых установок от воздействия атмосферного электричест-

ва зависит от взрывопожароопасности названных объектов и обеспечивается правильным выбором категории устройства молниезащиты и типа зоны защиты объекта от прямых ударов молнии.

Степень взрывопожароопасности объектов оценивается по классификации Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты СН 305— 77 устанавливает три категории устройства молниезащиты (I, II, III) и два типа (А и Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5 % молний, а типа Б — не менее 95 %.

По I категории организуется защита объектов, относимых по классификации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов B-I и В-П (см. гл. 20). Зона защиты для всех объектов (независимо от места расположения объекта на территории СССР и от интенсивности грозовой деятельности в месте расположения) применяется только типа А.

По II категории осуществляется защита объектов, относимых по классификации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов B-Ia, B-I6 и В-Па. Тип зоны защиты при расположении объектов в местностях со средней грозовой деятельностью 10 ч и более в год определяется по расчетному количеству N поражений объекта молнией в течение года: при jV^l достаточна зона защиты типа Б; при Л/> 1 должна обеспечиваться зона защиты типа А. Порядок расчета величины jV показан в нижеприведенном примере. Для наружных технологических установок и открытых складов, относимых по ПУЭ к зонам класса B-Іг, на всей территории СССР (без расчета N) принимается зона защиты типа Б.

По III категории организуется защита объектов, относимых по ПУЭ к пожароопасным зонам классов П-І, П-П и П-Иа. При расположении объектов в местностях со средней грозовой деятельностью 20 ч и более в год и при /V> 2 должна обеспечиваться зона защиты типа А, в остальных случаях —

типа Б. По III категории осуществляется также молниезащита общественных и жилых зданий, башен, вышек, труб предприятий, зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения. Тип зоны защиты этих объектов определяется в соответствии с указаниями СН 305—77.

Объекты I и II категорий устройства молниезащиты должны быть защищены от всех четырех видов воздействия атмосферного электричества, а объекты III категории — от прямых ударов молнии и от заноса высоких потенциалов внутрь зданий и сооружений.

Защита от электростатической индукции заключается в отводе индуцируемых статических зарядов в землю путем присоединения металлического оборудования, расположенного внутри и вне зданий, к специальному заземли-телю или к защитному заземлению электроустановок; сопротивление за-землителя растеканию тока промышленной частоты должно быть не более 10 Ом.

Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами и другими протяженными металлокоммуни-кациями в местах их сближения на расстояние 10 см и менее через каждые 20 м устанавливают (приваривают) металлические перемычки, по которым наведенные токи перетекают из одного контура в другой без образования электрических разрядов между ними.

Защита от заноса высоких потенциалов внутрь зданий обеспечивается отводом потенциалов в землю вне зданий путем присоединения металлоком-муникаций на входе в здания к заземли-телям защиты от электростатической индукции или к защитным заземлениям электроустановок.

Для защиты объектов от прямых ударов молнии сооружаются молниеотводы, принимающие на себя ток молнии и отводящие его в землю.

Объекты I категории молниезащиты защищают от прямых ударов молнии отдельно стоящими стержневыми, тросовыми молниеотводами или молниеотводами, устанавливаемыми на защи-

Рис. 18.5. Молниеотводы

щаемом объекте, но электрически изолированными от него.

Отдельно стоящий стержневой молниеотвод (рис. 18.5, а) состоит из опоры / (высотой до 25 м — из дерева, до 75 м — из металла или железобетона), молниеприемника 2 (стальной профиль сечением не менее 100 мм2), токоот-вода 3 (сечением не менее 48 мм2) и за-землителя 4. Зона защиты молниеотвода представляет собой объем конуса, высота которого равна 0,8*5 /г„ для зоны, типа А и 0,92 /І„ — типа Б (Нн — высота молниеотвода). На уровне земли зона защиты образует круг радиусом г0; для зоны типа А г0= (1,1 —0,002ЛМ)Л„, для зоны типа Б г0=1,5Ам.

В тросовом молниеотводе (рис. 18. 5, б) в качестве молниеприемника используется горизонтальный трос, который закрепляется на двух опорах. Токо-отводы присоединяются к обоим концам троса, прокладываются по опорам и присоединяются каждый к отдельному заземлителю.

При установке молниеотвода на здании должно быть обеспечено безопасное расстояние SB по воздуху между токоотводом и защищаемым объектом, исключающее возможность электроразряда между ними (рис. 18.5, в). Кроме того, для предупреждения заноса высоких потенциалов через грунт должно быть обеспечено безопасное расстояние S3 между заземлителем и металлоком-

муникациями, входящими в здание (см. рис. 18.5, а); оно определяется по формуле S3 = 0,5 /?„ и должно быть не менее 3 м; /?н — импульсное электросопротивление заземлителя.

Импульсное электросопротивление заземлителя для каждого токоотвода на объектах I категории защиты должно быть не более 10 Ом.

Типовые конструкции заземлителей, удовлетворяющие этому требованию, приведены в инструкции СН 305—77.

Для защиты от ударов молнии объектов II категории применяют отдельно стоящие или установленные на защищаемом объекте не изолированные от него стержневые и тросовые молниеотводы. Допускается использование в качестве молниеприемника металлической кровли здания или молниеприемной сетки (из проволоки диаметром 6...8 мм и ячейками 6X6 м), накладываемой на неметаллическую кровлю (рис. 18.5, г). В качестве токоотводов рекомендуется использовать металлические конструкции зданий и сооружений, вплоть до пожарных лестниц на зданиях. Импульсное сопротивление каждого заземлителя должно быть не более 10 Ом, для наружных установок — не более 50 Ом.

Защита объектов III категории от прямых ударов молнии организуется так же, как для объектов II категории, но требования к заземлителям ниже: импульсное электросопротивление каждого заземлителя не должно превышать 20 Ом, а при защите дымовых труб, водонапорных и силосных башен, пожарных вышек —50 Ом.

• Пример. Рассчитать высоту отдельно стоящего стержневого молниеотвода для защиты от прямых ударов молнии здания склада лакокрасочных материалов (ЛКМ) предприятия.

Здание расположено в Московской области, имеет размеры: L = 27 м; 5=18 м; /1 = 6 м. При расчетах используем рекомендации, таблицы и формулы СН 305—77. Расчеты ведем в следующем порядке.

1. Определяем по классификации ПУЭ класс взрывопожароопасной зоны для склада ЛКМ. Л КМ обычно изготовляются на основе легковоспламеняющихся жидкостей и склад является взрывоопасной зоной. Однако ЛКМ поступают и хранятся на складе в герметичной таре. Образование взрывоопасных смесей в здании склада возможно в случае неисправностей тары. Следовательно, склад ЛКМ по классификации ПУЭ относится к классу В-1а.

2. Определяем требуемую категорию устройства защиты склада ЛКМ от воздействия атмосферного электричества. Из табл. 1 Инструкции следует, что склад относится ко II категории и должен быть защищен от всех четырех опасных факторов атмосферного электричества.

3. Определяем требуемый тип зоны защиты для склада ЛКМ.

По карте среднегодовой продолжительности гроз на территории СССР (она помещена в СН 305—77) находим, что интенсивность грозовой деятельности в Московской области составляет 20...40 ч в год. По табл. 2 Инструкции такой интенсивности соответствует среднегодовое число ударов молнии, приходящееся на I км2 площади, равное /г = 3. Ожидаемое число поражений склада ЛКМ молнией в течение года при отсутствии молниеотвода определяем по формуле

(для объектов II категории расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом не нормируется). Считая эту точку центром, описываем окружность такого радиуса, чтобы защищаемый объект (склад ЛКМ) вписался в нее. Снимаем со схемы значение радиуса го\ г = 27,5 м.

6. Определяем высоту молниеотвода Лм=(/-0+1,63Ах)/1,5; Л„ = 25 м.

7. Определяем другие размеры зоны защиты: Ло = 22,8 м; л, = 37,3 м.

8. Стррим на схеме зону защиты (вид сбоку) и проверяем графически вписываемость объекта здания склада в зону защиты по высоте.

2 /. Как образуется двойной электрический * слой? 2. Назовите факторы, способствующие электризации тел. 3. Назовите формы релаксации зарядов статического электричества. 4. Дайте определение характеристикам зажигающей способности разрядов статического электричества. 5. В каких производственных помещениях организуется защита от статического электричества? 6. Назовите мероприятия, уменьшающие скорость образования зарядов статического электричества. 7. Назовите мероприятия, обеспечивающие релаксацию образовавшихся зарядов статического электричества. 8. Каковы причины образования атмосферного электричества? 9. Что представляет собой молния? Каковы ее параметры? 10. Охарактеризуйте опасные факторы вторичного воздействия атмосферного электричества. 11. Как организуется защита от факторов вторичного воздействия атмосферного электричества? 12. Дайте характеристику принципа защиты объекта от прямого удара молнии.

Рис. 18.6. К расчету высоты отдельно стоящего стержневого молниеотвода: /—защищаемый объект; 2—место установки молниеотвода