Захист від блискавки

Розряди атмосферної електрики (блискавки) можуть виявитися причиною вибухів, пожеж та ураження людей. За даними статистики, близько 7% пожеж виникає від розрядів блискавки. Руйнівна дія прямого удару блискавки (первинного прояву блискавки) дуже велика. Однак існує ще і вторинний прояв, що полягає в тому, що під час розряду блискавки на ізольованих від землі металевих предметах, внаслідок електромагнітної й електростатичної індукції, виникають електричні струми з високою напругою. Можливе також перенесення високих потенціалів по дротах, через наземні або підземні металеві комунікації. При цьому в місцях розриву електричного ланцюга може виникнути іскріння, достатнє для запалення горючого середовища.

Комплекс захисних пристроїв, призначених для забезпечення безпеки людей, збереження будинків і споруд, устаткування і матеріалів від вибухів, загорянь і руйнувань, називається захистом від блискавки і здійснюється відповідно до «Інструкції з проектування і влаштувнню захисту від блискавки будинків і споруд» (СН 305–77).

Існують три категорії влаштування захисту від блискавки (I, II, III). Необхідність у захисті від блискавки і її категорію в кожному конкретному випадку визначають у залежності від інтенсивності грозової діяльності в місцевості розташування об'єкта, його пожежовибухонебезпечності і призначення, а також очікуваної кількості вражень блискавкою за рік. Інтенсивність грозової діяльності в даній місцевості може бути оцінена за «Картою середньорічної тривалості гроз у грозо-годинах на території України» або за даними метеорологічної служби.

За I категорією повинен здійснюватися захист від блискавки промислових будинків і споруд з вибухонебезпечними зонами класів B-I і B-II, розташованих у будь-якому місці території України.

За II категорією – промислових будинків і споруд із зонами, що відносяться до класів B-Ia, B-Iб і В-ІІа, і розташованих у місцевості із середньою грозовою діяльністю 10 і більше годин за рік. За цію же категорією повинена здійснюватись захисту від блискавки зовнішніх технологічних установок і відкритих складів, які відносяться до класу В-Іг поза залежністю від місця перебування цих об'єктів на території України. Захист від блискавки за цими категоріями передбачає захист будинків і споруд від прямих ударів блискавки, від електростатичної й електромагнітної індукції і занесення високих потенціалів через наземні і підземні металеві конструкції і комунікації.

За III категорію повинен здійснюватися захист від блискавки багатьох інших виробничих, сільськогосподарських, житлових і суспільних будинків, споруд і складів, димарів, водонапірних і силосних веж, пожежних вишок і інших з урахуванням їх пожежонебезпеки, ступеня вогнестійкості, очікуваної кількості враження блискавкою, тривалості середньої грозової діяльності в районі і ряду інших факторів. Захист від блискавки повинна забезпечувати захист будинків і споруд від прямих ударів блискавки і занесення високих потенціалів через наземні металеві конструкції і комунікації.

Для захисту будинків і споруд від прямих ударів блискавки служать блискавковідводи, які приймають на себе розряд блискавки й відводять струм розряду в землю. Блискавковідвід складається з несущої частини (опори), блискавкоприймальника, струмовідводу (спуску) і заземлювача.

Застосовують різні конструкції блискавковідводів, найбільш розповсюдженими з яких є стрижневий і тросовий. Вони бувають окремо встановленими або встановленими на об'єкті, що захищається, в останньому випадку вони бувають ізольованими або неізольованими від об'єкта. Блискавковідводи бувають одиночні, подвійні і багаторазові.

Стрижневі блискавковідводи являють собою один, два або більше вертикальні стрижні, установлені на споруді, що захищається, або поблизу неї. Тросові блискавковідводи складаються з одного або двох горизонтальних тросів, кожний 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 захист від блискавки будинків іноді здійснюють накладанням на покрівлю металевої заземленої сітки.

Тип заземлювача вибирається виходячи з питомого опору ґрунту і необхідного імпульсного опору. Для заземлювачів захисту від прямих ударів блискавки заданий імпульсний опір R_і пов'язаний з гранично допустимим опором R₀ розтіканню струму промислової частоти залежністю (СН 305–77)

R_i = αR₀ , (8.2)

де α – коефіцієнт імпульсу, який залежить від значення сили струму блискавки, питомого опору ґрунту і конструкції заземлювача.

Кожний блискавковідвід має визначену зону захисту – частина простору, усередині якого з достатнім ступенем надійності забезпечується захист будинку або споруди від прямих ударів блискавки. Найменшою за величиною ступеня надійності володіє поверхня зони захисту; у міру просування усередину зони надійність захисту збільшується.

Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою h (м) показана на рис. 8.1. і являє собою круговий конус, вершина якого знаходиться на висоті h₀ < h. На рівні землі зона захисту утворить круг радіусом r₀ Горизонтальний перетин зони захисту на висоті споруди, що захищається, h_х являє собою коло радіусом r_x

Рис. 8.1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

h – висота блискавковідводу; h₀ – висота зони захисту над землею;

r₀ – радіус зони захисту на рівні землі; r_x – радіус зони захисту

на висоті h_x над землею

Зони захисту такого блискавковідводу мають наступні розміри:

зона А:

; ;

зона Б:

; ; .

Для зони Б при відомих величинах h_x і r_x висота одиночного стрижневого блискавковідводу може бути визначена за виразом

. (8.3)

Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу висотою h < 150 м показана на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу:

H_on – висота опори; h₀ – висота зони захисту над землею;

h – висота троса над землею в точці максимального прогину;

r_x – радіус зони захисту на висоті h_x; r₀ – радіус зони захисту на рівні землі; а – відстань між опорами

З урахуванням стріли прогину при відомій висоті опор h_оп висота сталевого троса перетином 35...50 мм² при довжині прольоту а < 120 м дорівнює h= h_оп - 2 м, а при а = 120-150 м – h = h_оп - 3 м.

Зони захисту таких блискавковідводів мають наступні розміри:

зона А:

; ; ;

зона Б:

; ;

Для зони Б висота одиночного тросового блискавковідводу при відомих h_x і r_x визначається за виразом

(8.4)

Найбільш складним є влаштування захисту від блискавки I категорії. Блискавковідводи повинні бути обов'язково ізольовані від споруди, що захищається, або виконуватися окремо стоячими. Захист від електростатичної індукції здійснюється приєднанням металевих корпусів устаткування і конструкцій до спеціального заземлювача, що забезпечує опір розтікаємому струму не більше 10 Ом, або до захисного заземлення електроустаткування. Для захисту від електромагнітної індукції трубопроводи й інші протяжні металеві предмети в місцях їхнього взаємного зближення на 10 см і менше з'єднують приварюванням або припаюючи металевими перемичками через кожні 20 м довжини, що виключає можливість утворення незамкнутих контурів. Крім того, для запобігання іскріння при протіканні струму в місцях сполучення трубопроводів і інших протяжних металевих предметів забезпечують гарний контакт із перехідним електричним опором не більш 0,03 Ом на один контакт. Для захисту від занесення високих потенціалів перед введенням у споруди підземні металеві комунікації приєднують до заземлювачів захисту від електростатичної індукції або до захисного заземлення електроустаткування, а зовнішні наземні металеві конструкції і комунікації – до заземлювача захисту від електростатичної індукції. Крім того, на найближчих двох опорах від будинку наземні комунікації приєднують до заземлювача з імпульсним опором не більш 10 Ом.

При II категорії захисту від блискавки крім окремо стоячих або встановлених на будинках ізольованих блискавковідводів допускається використовувати блискавкоприймальну сітку, що накладається на покрівлю (неметалічну або металеву). Для цієї категорії імпульсний опір кожного заземлювача захисту від прямих ударів блискавки (за деяким виключенням) не повинне перевищувати для будинків і споруд 10 Ом, а для зовнішніх установок – 50 Ом. Для захисту від електростатичної індукції спеціального заземлення не роблять, а використовують систему захисного заземлення електроустановок.

При захисті від блискавки III категорії імпульсний опір кожного заземлювача захисту від прямих ударів блискавки (за винятком деяких випадків) повинне бути не більш 20 Ом, а для труб, веж і вишок – не більш 50 Ом. Захист від занесення високих потенціалів здійснюється шляхом приєднання зовнішніх наземних металевих конструкцій і комунікацій перед введенням у споруди до заземлювачів захисту від прямих ударів блискавки або до захисного заземлення електроустаткування. Крім того, на найближчій до споруди опорі потрібно приєднувати їх до заземлювача з імпульсним опором не більше 20 Ом.