МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

Методичні вказівки

ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ З ДИСЦИПЛІНИ

“ОХОРОНА ПРАЦІ В ГАЛУЗІ”

ЗА ТЕМОЮ :

“БЛИСКАВКА ТА ЇЇ ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНІ І УРАЖАЮЧІ ДІЇ”

ЛУГАНСЬК 2002

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

Методичні вказівки

ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ З ДИСЦИПЛІНИ

“ОХОРОНА ПРАЦІ В ГАЛУЗІ”

ЗА ТЕМОЮ :

“БЛИСКАВКА ТА ЇЇ ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНІ І

УРАЖАЮЧІ ДІЇ”

(ДЛЯ СТУДЕНТІВ ВСІХ ФОРМ НАВЧАННЯ)

ЗАТВЕРДЖЕНО

на засіданні кафедри

"Охорона праці та БЖД"

Протокол №5 від 11.01.02

ЛУГАНСЬК 2002

УДК 614 8-084(07)

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни “Охорона праці в галузі”: Навчальне видання (для студентів всіх форм навчання)./Укл. М.А. Касьянов, В.П. Гуляков, О.М. Сухаревська - Луганськ, Вид-во Східноукр. нац. ун-т ім. В. Даля, 2002 - 28с.

Дано теоретичний матеріал щодо механізму утворення лінійної блискавки, вказано на її уражаючі дії і блискавкозахисні заходи, включаючи конструкції блискавковідводів з їх графічним зображенням і розрахунки величини опору захисного заземлення.

Укладач М.А. Касьянов, доц.

В.П. Гуляков,

О.М. Сухаревська, ас.

Відп. за випуск М.А. Пітельгузов, доц.

Рецензент Б.І. Невзлін, доц.

ЗМІСТ

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ 4

1.1. Запитання для закріплення загальних відомостей 6

2. УРАЖАЮЧІ ДІЇ БЛИСКАВКИ 7

2.1. Запитання для закріплення матеріалу 8

3. БЛИСКАВКОЗАХИСНІ ЗАХОДИ 8

3.1. Запитання для закріплення матеріалу 11

4. КОНСТРУКЦІЇ БЛИСКАВКОВІДВОДІВ 11

4.1. Графічне зображення зон захисту блискавковідводів 14

4.2. Запитання для закріплення матеріалу 20

5. РОЗРАХУНОК ЗАЗЕМЛЮЮЧОГО ПРИСТРОЮ 21

Висновки 25

Запитання для закріплення знаній 25

Додаток 26

Протокол 26

ЛІТЕРАТУРА 27

1. Загальні відомості

Як відомо, в земній атмосфері внаслідок природних процесів (хоч і не без антропогенних впливів) виникають електричні розряди - блискавки. Існують два види атмосферної блискавки - лінійна та кульова.

Феномен кульової блискавки на сьогоднішній день вив­чений ще не достатньо, тому тут скажемо лише, що кульова блискавка - це кулястий за формою згусток плазми (сильно іонізованого газу). І ще те, що блискавкою це явище можна назвати умовно, тому що термін "блискавка" характеризує миттєвість існування цього процесу, а, як відомо з досвіду, кулястий "згусток плазми" може існувати в просторі десятки секунд і навіть хвилини, "плаваючи в повітрі" і лише потім раптово і вибухоподібно зникати (розряджатися).

Отож, детальніше зупинимося на розгляді лінійної блискавки.

Лінійна блискавка - це гігантський несамостійний електричний розряд в атмосфері між зарядженою хма­рою і землею, між сусідніми хмарами або різнойменно заря­дженими частками хмари.

Генератором розряду лінійної блискавки є електричне поле Землі, а концентрованими утворювачами та носіями її електричних зарядів - грозові хмари. Крім природного шляху утворення зарядів у хмарах має значення і зростання кількості штучних джерел генерації електричних зарядів в атмосфері: нафтопроводів, ЛЕП, літаків, ракет т. ін. Грозові хмари знаходяться на висоті 2-4 км в температурній зоні 0-10 °С. Час життя грозової хмари стано­вить близько 1 години, і за цей період вона може породити до 300 розрядів. Залежно від концентрації електричних за­рядів в хмарі розряди можуть бути всередині хмари, між хмарами та між хмарами і землею.

Механізм утворення грозових хмар та виникнення блискавки в загальних рисах такий.

Нашу Землю з оточуючою її атмосферою за електричними властивостями можна уявити як кулястий конденса­тор колосальних розмірів, обкладинами якого є поверхня Землі та провідний шар атмосфери (іоносфера) на відстані 80 км від землі. Між ними - ізоляційний прошарок повітря.

Поверхня землі завжди має мінусовий заряд, іоносфера - плюсовий. Напруженість електричного поля біля поверхні землі становить приблизно 100 В/м. Повітря, що оточує зем­лю, має в собі вільні заряди (до 1000 пар плюсових та мінусових зарядів в 1 см³).

Внаслідок руху конвективних потоків повітря, які піднімають вологу від теплої поверхні землі на висоту вище 2 км, де температура мінусова, через явище конденсації утворюють­ся грозові хмари, які складаються з дрібних водяних електрично заряджених крапельок. Причому заряди в просторі розташовуються з нерівномірною густиною, що утворює нерівномірну напруженість поля в хмарі. Коли напруженість поля в тій чи іншій частині хмари досягне 25-30 кВ/м (значення електричної міцності повітря), виникають умови для утворення блискавки. В основі механізму утворення блискавки лежить явище ударної іонізації, тому суть блискавкоутворення аналогічна процесам утворення іскрового розряду.

Розряд блискавки має три періоди - розвиток спиринчастого лідера, головний розряд, струм після світіння.

Л і д е р - це високоелектропровідний плазмовий канал, який утворюється при іонізації повітря між хмарою та землею під дією сил потужного електричного поля. Ця іоніза­ція утворюється потоками фотонів та електронів, напрямок руху яких в просторі іде взагалі від хмари до землі, але конкретна їх траєкторія має випадковий характер, бо електричне поле між хмарою та землею є дуже неоднорідним, і в кожній точці простору напрямок вектора електричної напруженості поля різний. Тому лідер утворюється східчастим, а канал блискавки має неповторну ламану форму, що добре видно під час громовиці.

Блискавка називається низхідною, якщо лідер формуєть­ся з хмари до землі (що буває в 80-90 % випадках), та вис­хідною, коли лідер утворюється від землі до хмари (10-20 % випадках). Висхідні блискавки утворюються, як правило, за наявністю на землі дуже високих заземлених споруд висотою 150 і більше метрів, або в горах, де багато високих шпилястих елементів рельєфу.

Назустріч блискавкоутворюючому основному лідеру (низхідному чи висхідному) під час його наближення до протилежної сторони (землі чи хмари) можуть виникати зустрічні лідери, які з'єднуються з основним в якійсь точці повітря. Коли лідери з'єднують протилежні сторони електричного поля (хмари з землею або дві хмари) між собою, виникає головний розряд.

а б

Рис. 1.1. Розвиток лідера блискавки (верхні рисунки) та головної стадії (нижні рисунки) при її ураженні: а – в певну поверхню землі; б – в металеву вежу

Головний розряд - це швидка нейтралізація електричних зарядів лідера.

Він проходить від землі до хмари зі швидкістю, що приблиз­но дорівнює 1/3 швидкості світла. При цьому канал головного розряду (блискавки) розігрівається до температури 20-35 тис. градусів, що супроводжується миттєвим (ударним) розширен­ням повітря. Ці явища сприймаються як яскраве світіння та потужний грім. Кількість імпульсів головного розряду може бути від 1-го до 4-х.

Після проходження струму головного розряду (десятки тисяч ампер, а іноді сотні) настає заключна стадія - прохо­дження струму після світіння (від 1000 до 10 ампер).

Загальна тривалість блискавки становить 0,2 - 0,6 сек., з них тільки 10-30 мкс. припадає на один імпульс головного розряду, а значна частина часу йде на формування лідера, швидкість просування якого становить 10⁵-10⁶м/с.

Під час блискавки на землю приноситься електричний заряд в 10-30 Кл. Причому розряд має дві стадії: в першій виникає рух зарядів від хмари до землі у вигляді т.зв. лідера (іонізованого каналу повітря), а в другій - утворюється голов­ний розряд від землі до хмари, тобто блискавка. Подібні процеси виникають і між самими хмарами.

Блискавка має вибірковий характер, тобто діє спрямова­ний удар. Ця спрямованість формується в ході наближення лі­дера до поверхні землі і залежить від форми і висоти наземних об'єктів, їх електричного контакту з землею та електропровід­ності ґрунту. Саме з найбільш високої зарядженої точки на поверхні землі під час наближення до неї лідера від хмари ви­никає рух т.зв. зустрічного лідера. В момент дотику цих лідерів між собою і виникає головний розряд блискавки. Якщо об'єк­ти на землі рівні за висотою і знаходяться поряд, то блискав­ка уразить в той з них, який має кращий контакт з землею і більшу електропровідність. Якщо об'єкти стоять на ґрунтах з різною електропровідністю, то блискавка може уразити на­віть нижчий з об'єктів, але той, який стоїть на ґрунті з біль­шою електропровідністю. На вибірковість ураження блискав­ки впливають також ґрунтові води, виходи покладів, розломи гірських порід, а також природна радіоактивність.

Параметри блискавки мають великий розкид, що пояс­нюється впливом багатьох факторів (вологості, температу­ри, швидкості вітру, електропровідності ґрунту, висоти та запиленості хмар та ін.).

Тому оперують середніми, найбільш поширеними зна­ченнями цих параметрів, а саме:

- сила струму - до 20 кА;

- заряд-до 20 Кл;

- тривалість - 0,2-0,6 сек.;

- потенціал - декілька мегавольт;

- полярність - мінусова (80 %);

- температура каналу - 20-30 тис. °С.