Блискавкозахист будівель і споруд

Блискавкозахист - це комплекс захисних заходів від зарядів атмосферного статичної електрики, що забезпечують безпеку людей, збереження будівель і споруд, обладнання та матеріалів від загоряння, вибухів і руйнувань.

Блискавка небезпечна тим, що удар її в незахищене або неправильно захищене будинок являє собою серйозну небезпеку не тільки для обладнання, а й для людей. Довжина каналу блискавки зазвичай досягає декількох кілометрів (у середньому 5 км). Значна її частина знаходиться в грозовій хмарі. Розряду передує процес поділу та накопичення електричних зарядів. При русі зарядженого хмари внаслідок електростатичної індукції на поверхні землі з'являються заряди протилежного знака. Утворюється своєрідний гігантський конденсатор з повітряним проміжком, пластинами якого є хмари і земля. У міру конденсації зарядів збільшується напруженість електричного поля поблизу хмари або у землі. Виступаючі над поверхнею землі будівлі, труби, вишки, щогли іонізують повітря і тим самим зменшують його питомий опір проходженню струму, тобто готується коридор для проходу іскрового розряду.

Найбільш небезпечний прямий удар блискавки. Прямий удар блискавки може з'явитися причиною пожеж і вибухів. Канал блискавки має температуру 20 000 ° і вище. Сила струму в каналі досягає 200 000А, напруга 150 000 000 у. Блискавка може проплавляються металеві поверхні вибухонебезпечних установок, нагрівати вибухонебезпечні рідини до критичних температур. Доведено, що проплавлення листового металу струмом блискавки можливо лише при товщині листа менш 4мм. Тому з урахуванням корозії мінімальна товщина металу установки, здатна зберегти герметичність, приймається 5мм. В установках, що містять газ або рідина під тиском, товщина стінок має бути не менше 5,5 ... 6 мм.

Механічний вплив прямого удару блискавки викликає місцеві руйнування у споруд з каменю, бетону, цегли. Відомі випадки часткового або повного руйнування бетонних і залізобетонних споруд. Попередньо напружену арматуру залізобетонних конструкцій використовувати як струмовідводу не можна. Досліди показують, що при протіканні імпульсних струмів порядку 5000 - 2000 А зразки повністю руйнуються. Тому армовані конструкції вимагають захисту від прямих ударів блискавки.

Прямий удар вважається первинним проявом блискавки.

Вторинне прояв блискавки супроводжує первинне і виражається в електростатичної і електромагнітної індукції.

Електростатична індукція викликається дією заряджених хмар на наземні об'єкти і супроводжується щирими між металевими елементами конструкцій та обладнання.

Електромагнітна індукція з'являється при розряді блискавки, який супроводжується виникненням у просторі змінюється в часі магнітного поля. Магнітне поле індукує в контурах, утворених з різних протяжних металевих предметів (трубопроводів, електропроводок тощо), електричні струми, викликають нагрівання замкнутих контурів. Однак у силу малої величини індуктірованное струмів нагрів небезпечний.

У незамкнутих контурах виникає е.р.с. може викликати іскріння або сильне нагрівання у місцях з недостатньо щільними контактами.

Таке іскріння абсолютно неприпустимо для вибухонебезпечних будівель і споруд, так як у них навіть слабка по потужності і мала за тривалістю електрична іскра може призвести до вибуху.

Однією з головних і вирішальних заходів захисту від первинного і вторинного прояву блискавки є пристрій блискавковідводів. Громовідводи, з одного боку, наближають розряд прямого удару блискавки до захищається, внаслідок чого індуковані напруги зростають, з іншого боку, - утворюючи, зустрічний лідер, видаляють від об'єкта зону, в якій відбувається формування головного розряду, зменшуючи тим самим величину індукованих напруг.

Це пояснюється тим, що під грозовою хмарою на поверхні землі і на всіх наземних об'єктах скупчуються електричні заряди, рівні по величині і протилежні за знаком заряду хмари.

Удар блискавки починається після того, як напруженість електричного поля в будь - якій частині хмари (хмари) досягне критичного значення, при якому можливо початок ударної іонізації молекул повітря, і у напрямку до землі починає «проростати» канал-лідер зі швидкістю близько 10 ⁷ м / сек, що представляє собою зону високої провідності. З боку землі також утворюється зустрічний лідер або кілька лідерів. В останньому випадку канали блискавки розгалужуються.

У переважній більшості випадків після першого розряду слід ще один або декілька.

Найбільше значення має струм першого розряду. Струми наступних розрядів істотно менше.

Відповідно до тимчасовими вказівками з проектування і влаштування блискавкозахисту будівель і споруд СН 305 - 65 всі будівлі поділяються на три категорії в залежності від значимості і технологічний особливостей об'єкта і ступеня вибухо-і пожежонебезпеки.

Перша категорія. До даної категорії відносяться будівлі і споруди, віднесені у ПУЕ до класів В-I і В-II. До цієї категорії відносяться приміщення, в яких горючі гази або пари, а також перехідні у завислий стан горючі пил та волокна, здатні до утворення вибухонебезпечних сумішей з повітрям або іншими окислювачами при нормальних режимах роботи.

Вибух в таких приміщеннях супроводжується, як правило, значними руйнуваннями і людськими жертвами.

Блискавкозахист таких об'єктів виконується незалежно від середньої грозової діяльності або від місця розташування на території Україні.

Друга категорія. До цієї категорії належать будівлі і споруди, віднесені ПУЕ до класів В-Іа, В-Іб і В-IIа, в яких при нормальній експлуатації освіта властивих для першої категорії вибухонебезпечних сумішей не має місця, а можливо тільки в результаті аварії і несправностей.

До цієї категорії належать також будівлі, в яких зберігаються в металевій упаковці вибухові і легкозаймисті речовини.

Вибух в таких приміщеннях супроводжується незначними руйнаціями без людських жертв. Блискавкозахист таких об'єктів виконується в місцевостях з середньої грозової діяльністю 10 і більше грозових годин на рік.

Третя категорія. Сюди відносять будівлі та споруди (з пожежонебезпечними зонами П-I, П-II, П-ІІа), для яких прямий удар представляє небезпеку щодо пожежі, механічних руйнувань, ураження людей, а також тварин.

Блискавкозахист їх виконується в місцевостях, розташованих південніше 65-ї паралелі з середньою грозової діяльністю 20 і більше грозових годин на рік і при очікуваній кількості поразок блискавкою не менше 0,05, в тому числі окремо розташованих об'єктів заввишки 15 м і більше.

Середня грозова діяльність за один рік визначається за «Карту середньорічний тривалості гроз у годинах» (СН-305 - 65) або на підставі офіційних даних місцевої метеостанції.

Всі будівлі і споруди першої та другої категорії захищаються як від прямих ударів блискавки, так і від її вторинних впливів і занесення високих потенціалів через наземні і підземні металеві конструкції та комунікації.

Будинки і споруди третьої категорії захищаються від прямих уларов блискавки і занесення високих потенціалів.

Вибір способів блискавкозахисту визначається у взаємозв'язку з конструктивними і технологічними особливостями об'єкта та його призначенням.

Блискавка має властивість вражати, в першу чергу, заземлені (їх електропровідність прямує до нескінченності) об'єкти і підносяться над землею металеві предмети і споруди (труби, щогли, вежі і т.п.).

Саме на цій особливості грозового розряду засновано захисну дію кожного громовідводу.

Блискавковідвід складається: з блискавкоприймача, струмовідводу, що забезпечує проходження по ньому розрядного струму до заземлювального пристрою, і самого заземлювального пристрою, що забезпечує безпосередній розподілений на великій площі контакт із землею.

Блискавковідводи поділяються на три основних типи: а) стрижневі; б) тросові або антенні; в) сітчасті. В окремих випадках можуть бути комбіновані громовідводи.

Блискавкозахист об'єкта в залежності від його розмірів може здійснюватись одним або кількома стрижневими блискавковідводами, створюють зону захисту, що охоплює весь об'єкт. При протяжних об'єктах захист виконується за допомогою одного або декількох тросових блискавковідводів, що створюють необхідну зону захисту.

Стрижневі й тросові громовідводи встановлюються або на окремо стоячих опорах, або на опорах, пов'язаних з конструкцією об'єкта.

Сітчасті громовідводи укладають (або підвішують) на дах об'єкта, що захищається і не менш ніж у двох місцях з'єднують струмовідводами з окремими вогнищами заземлення.

У практиці частіше використовують стрижневі громовідводи.

Блискавкоприймачі стрижневих блискавковідводів виготовляються зі сталі різного профілю з антикорозійним захистом, частіше з круглої сталі і рідше з водопровідних труб. Вільний кінець труби необхідно сплющити або щільно закрити металевої пробкою. Як блискавкоприймача може бути використана також спеціальна сітка з круглою або плоскою сталі діаметром 6-8 мм. Тросовий блискавковідвід слід виконувати із сталевого багатопроволкової оцинкованого троса перерізом не менше 35 мм ^2.

Для влаштування струмовідводів можна використовувати сталь будь-якого профілю .. Мінімальний перетин - 48 мм ^2, а діаметр круглої сталі або троса - не менше 6 мм. Струмовідводи слід прокладати зовні будинків від блискавкоприймача по найкоротшому шляху до заземлювача. Струмовідводи між собою з блискавкоприймачів і заземлювачем з'єднуються зварюванням. Довжина зварювального шва повинна бути не менше подвійної ширини прямокутного провідника і не менше шести діаметрів зварюються круглих провідників.

У місцях з'єднання струмовідводів з заземлювачем для періодичного контролю опору заземлення на 1-1,5 м від землі влаштовують спеціальні болтові з'єднувачі.

Заземлюючі пристрої можуть бути різних видів. Вертикальні заземлювачі з кутової (40x40x4 мм), круглої (діаметром 10-20 мм) сталі, а також труби з зовнішнім діаметром 30-60 мм і товщиною стінок 4 мм забивають на глибину 2-3 м.

При високій провідності нижніх шарів грунту глибина заземлювачів може досягати 4-6 м. Труби забивають у грунт на глибину 0,5-0,8 м від поверхні. Горизонтальні заземлювачі застосовують у місцях з постійно вологими верхніми шарами грунту.

Опори для блискавковідводів виконуються у вигляді вільно стоять конструкцій без розтяжок. Металеві опори необхідно захищати від корозії фарбуванням, а дерев'яні опори просочувати антисептиками і антипіренами.

Зона захисту блискавковідводів - це частина простору, усередині якого будівля або споруда захищене від прямих ударів блискавки з певним ступенем надійності.

Згідно СН 305-77 виділено дві зони захисту. У зоні А забезпечується ступінь надійності 99,5% і вище, в зоні Б - 95% і вище.

Якщо будівлю складної конфігурації, то як величин L і S приймаються довжина і ширина найменшого прямокутника, який може бути вписаний в план будівлі.

Тип зони захисту і категорія діяльності пристрою блискавкозахисту залежать від кількості поразок блискавкою в рік, від категорії виробництва і ступеня вогнестійкості будівель і споруд, а також від класу з Правил улаштування електроустановок (ПУЕ).

Блискавкозахист I категорії здійснюється окремо розташованими або ізольованими від будівлі стрижневими і тросовими блискавковідводами і зобов'язана забезпечити зону захисту типу А. Значення імпульсного опору заземлювача для кожного окремо стоїть стрижневого, тросового або ізольованого від споруди блискавковідводу повинно бути не більше 10 Ом, а при питомому опорі грунту 500 Ом ∙ м і більше імпульсне опір має бути не більше 40 Ом.

Найменша відстань від тоководов окремо стоїть стрижневого блискавковідводу або ізольованого від споруди блискавковідводу до будівлі залежить від опору заземлення і може бути прийнято 5 м.

У будинках, що відносяться за блискавкозахисту до I категорії, вживаються заходи захисту від електростатичної індукції приєднанням металевих корпусів всього устаткування, апаратів, металевих конструкції до спеціального заземлювача опором не більше 10 Ом.

Для захисту від електромагнітної індукції між трубопроводами та іншими протяжними металевими предметами (каркас споруди, оболонка кабелю) у місцях їх взаємного зближення на відстань 10 см і не менше ніж через кожні 20 м приварюють металеві перемички для утворення замкнутих контурів.

У місцях з'єднання між собою елементів трубопроводів та інших металевих предметів необхідно забезпечити контакт з перехідним електричним опором не більше 0,03 Ом на один контакт. При фланцевих з'єднаннях труб таке значення досягається нормальної затягуванням болтів при їх кількості не менше 6 на один фланець. Де такий контакт забезпечити неможливо, приварюється перемичка з сталевого дроту діаметром 5 мм і більше або сталева стрічка перерізом не менше 24 мм.

Введення в будівлю електричних мереж напругою до 1000 В, мереж телефону, радіо, сигналізації проводиться тільки кабелем. Для захисту від занесення високих потенціалів всі зовнішні наземні металеві конструкції та комунікації на - найближчих до будівлі двох опорах (гаки, штирі), а також металева броня і оболонки кабелів у введення в будівлю і в місця переходу повітряної лінії в кабель повинні бути приєднані до заземлювача з імпульсним опором не більше 10 Ом.

Якщо на будівлях є прямі труби для вільного відведення в атмосферу вибухонебезпечних газів, то в зону захисту блискавковідводів входить простір над обрізом труб, обмежене півсферою з радіусом 5 м.