Захист підприємств від атмосферних розрядів

Гроза - складне явище природи, викликане виникненням значних електричних зарядів в атмосфері, .при достатньому накопиченні яких відбувається розряд між двома різнойменно зарядженими хмарами, чи хмарою і землею, чи тим та іншим.

Для виникнення грозового розряду (блискавки) потрібно, щоб напруженість електричного поля переважала її електричну міцність. При достатній - напруженості із кульової поверхні крапель почнеться пупкоподібний розряд. Цей розряд буде створювати перед собою провідний шлях, завдяки чому розряд буде просуватись вперед.

Блискавка являє собою фізичне явище бурного розряду атмосферної електрики, що накопилася. Цей розряд сприймається нашим зором у вигляді вогняних смуг зигзагоподібної форми. Звичайно явище блискавки супроводжується звуковим ефектом, що називається громом. Так. швидкість звуку становить лише 330 м/с, а швидкість світла 300 000 км/с, явище грому запізнюється порівняно з явищем блискавки.

Розряди атмосферної електрики (блискавки) можуть бути причиною вибухів, пожеж, ураження людей. За даними статистики, близько 7% пожеж виникає від розрядів блискавок. Руйнуюча дія удару блискавки дуже велика, оскільки сила струму блискавки досягає 200 кА, напруга - 150 МВ.

Крім прямого удару, небезпеку становить вторинний прояв блискавки, який заключається в тому, що під час розряду блискавки на ізольованих від землі металевих предметах, внаслідок електромагнітної і електростатичної індукцій, виникають електроструми високих потенціалів. При цьому в місцях розриву електроланцюга може виникнути іскріння, достатнє для запалювання горючого середовища.

У харчовій промисловості розряди блискавок особливо велику небезпеку становлять для вибухопожежонебезпечних виробництв.

Комплекс захисних пристроїв, призначених .для забезпечення безпеки людей, збереження споруд і будівель, обладнання і матеріалів від вибухів, загорянь і руйнувань, називається блискавкозахистом і здійснюється відповідно до "Інструкції для проектування і улаштування блискавкозахисту споруд і будівель".

Враховуючи конструктивну характеристику об'єктів, вибухо- і пожежонебезпечність, технологічні особливості, географічна місце розташування і грозову діяльність, виробничі споруди за улаштуванням блискавкозахисту поділяють на три категорії.

I категорія - споруди і будівлі, які за ПУЕ віднесені до класів В-1 і В-2 і виробничої пожежної безпеки - до категорії А. Ця група споруд і виробництв підлягає обов'язковому блискавкозахисту на всій території республіки.

До II категорії відносяться будівлі і споруди, які згідно з ПУЕ віднесені до класів В-Іа, В-Іб, В-IIа. Захист від блискавки повинен обов'язково встановлюватись, якщо ці об'єкти знаходяться на території, де середня грозова діяльність 10 і більше грозових днів на рік. За цією ж категорією повинен здійснюватися блискавкозахист зовнішніх технологічних установок і відкритих складів, віднесених до класу В-Іг, незалежно від місця розташування об'єктів на території республіки,

Блискавкозахист по цих категоріях передбачає захист будівель і споруд від прямих ударів блискавки, від електростатичної і електромагнітної індукцій і занесення високих потенціалів через наземні і підземні металеві конструкції і комунікації.

III категорія - це будівлі і споруди, віднесені за ПУЕ до класів П-І, П-ІІ, П-IIа, П-IIІ. Удар блискавки може викликати на них пожежу, механічні руйнування або уразити людей.

Одним з основних заходів захисту від блискавки являються пристрої блискавковідводів, які містяться над об'єктом, що захищається, сприймають прямий удар блискавки і відводять струм блискавки в землю.

Блискавковідвід створює визначену зону захисту, в межах якої забезпечується безпека будівель і споруд від прямих ударів блискавки.

На сьогодні використовують три основних типи блискавковідводів: стрижневі, тросові і сітчасті, а також ряд інших конструкцій, які виготовляються комбіновано з цих основних (тросово-стрижневий, сітчасто-стрижневий і ін.).

Всі блискавковідводи незалежно від конструкції складаються з чотирьох основних елементів: блискавкоприймача (стрижень, трос, сітка), несучої конструкції (димова труба, спеціально встановлений стовп, елементи конструкцій будівель), струмовідводу (металевий провідник) і заземлюючого пристрою (спеціально розрахованого і встановленого в ґрунті), який забезпечує відведення струму в землю.

Стрижневі блискавковідводи являють собою один, два або більше вертикальних стрижнів, встановлених на споруді, що захищається, або поблизу неї. Тросові блискавковідводи складаються з одного чи двох горизонтальних тросів, кожен з яких закріплюється на двох опорах. По опорах прокладають струмовідвід, приєднаний до окремого заземлювача; опори встановлюють на об'єкті, що захищається, або поблизу нього. З архітектурних міркувань блискавкозахист будівель деколи здійснюють накладанням на покрівлю металевої заземленої сітки. Тил заземлювача вибирається виходячи з питомого опору ґрунту і необхідного імпульсного опору. Для заземлювачів захисту від прямих ударів блискавки заданий імпульсний опір R_і, - зв'язаний з гранично допустимим опором R_О розтікання струму промислової частоти залежністю R_і = α R_О, де α - коефіцієнт імпульсу, який залежить від значення сили струму блискавки, питомого опору ґрунту і конструкції заземлювача.

Кожний блискавковідвід має визначену зону дії, тобто частину простору, в середині якого з достатнім ступенем надійності забезпечується захист будівель чи споруд від прямих ударів блискавки. В середині цієї зони виділяють зону А із ступенем надійності 99,5% і вище і зону Б із ступенем надійності 95% і вище.

Найменший ступінь надійності мають поверхні зони захисту; у міру просування в середину зони надійності захист збільшується.

Зона захисту поодинокого стрижневого блискавковідводу висотою 150 м зображена на рис. 14.9 і являє собою коловий конус, вершина якого знаходиться на висоті h_O<h.

На рівні землі зона захисту утворює коло радіусом r₀. Горизонтальний переріз зони захисту на висоті захисної споруди h_х являє собою коло радіусом r_х. Зони захисту такого блискавковідводу мають розміри:

зона А:

h_O = 0,85 h;

r_О =(1,1-0,002 h)/ h; (14.15)

; (14.16)

зона Б:

h_O = 0,92 h;

. (14.17)

Для зони Б при відомих величинах h_х і r_х висота поодинокого стрижневого блискавковідводу може бути визначена за виразом:

. (14.18)

Зону захисту поодинокого тросового блискавковідводу висотою h ≤ 150 м показано на рис.14.10. Із врахуванням стріли провисання при відомій висоті опори h_OП висота стального тросу перерізом 35...50 мм² при довжині прольоту а<120 м: h = h_ОП – 2 м, а при а =120...150 м h = h_ОП – 3 м.

h_O = 0,85 h;

; (14.19)

; (14.20)

зона Б

h_O = 0,92 h;

r_O = 1.7 h;

. (14.21)

Рис.14.9. Зона захисту поодинокого стрижневого блискавковідводу:

h - висота блискавковідводу; h_O - висота зони захисту над землею; r_О- радіус зони захисту на рівні землі: r_х - радіус зони захисту на висоті h_хнад землею

Для зони Б висота поодинокого тросового блискавковідводу при відомих h_х і r_х визначається за виразом:

. (14.22)

Від повторних дій блискавки захищаються лише будівлі І та II категорій. Захист від електростатичної індукції здійснюється при з'єднанні усіх металевих корпусів обладнання і конструкцій із спеціальним заземлювачем, який забезпечує опір розтікаючого струму не менше 10 Ом,

Для захисту від електромагнітної індукції трубопроводи та інші подовжені металеві предмети в місцях їх взаємного зближення на 10 см і менше з'єднують приварюваними металевими перемикачами через кожні 20 м довжини, щоб не допустити утворення незамкнутих контурів.

Рис. 14.10. Зона захисту поодинокого тросового блискавковідводу;

h_ОП - висота опори; h_O - висота зони захисту над землею; h - висота троса над землею в точці максимального провалу; r_х - радіус зони захисту на висоті h_х; r_О -радіус зони захисту на рівні землі; а - відстань між опорами

Дня захисту від занесення високих потенціалів перед введенням в споруду підземних металевих комунікацій їх приєднують до заземлювачів чи до захисного заземлення електрообладнання, а зовнішні наземні металеві конструкції і комунікації - до заземлювача з метою захисту від електростатичної індукції.

Окрім того, на ближніх двох опорах від будівель наземні комунікації приєднують до заземлювачів з імпульсним опором не більше 10 Ом.