Épületek és létesítmények villámvédelme

A légköri elektromosságból kilépő villámlás szigetelési károsodást, elektromos berendezésekben bekövetkező baleseteket, emberbaleseteket, valamint épületek és építmények tönkretételét okozhatja.

A villámlás megjelenése

Amikor a nap felmelegíti a földfelszínt, vízgőzzel telített, felfelé irányuló légáramlatok keletkeznek. A kisebb vízrészecskék negatív töltésűek, a nagyobbak pozitív töltésűek.

A szél és a gravitáció hatására az ellentétes töltésű részecskék szétválnak. Az 5 km-nél magasabbra emelkedő felhők vízrészecskéi megfagynak és összeomlanak. A pozitív töltésű kristályok a felhő felső részén, 5-7 km magasságban, negatív töltésűek - 2-5 km magasságban helyezkednek el. A felhőkben a töltések szétválása következtében ún. A tértöltések és a zivatarfelhő különböző részei eltérő töltésértékekkel és előjelekkel rendelkeznek. A felhő aljáról érkező töltések ellentétes előjelű töltéseket okoznak a talajon.

A felhők és a talaj között, valamint a felhő különböző részei között vagy a különböző felhők között nagy intenzitású mezők keletkeznek - centiméterenként több tízezer voltos. Körülbelül 30 kV / cm térerősségnél a levegő ionizációja megtörténik, áttörés kezdődik - az úgynevezett vezető kisülés (10-20 m átmérőjű, halványan izzó csatorna), amely átlagosan 200-as sebességgel mozog. 300 km/mp.

A mező hatására töltések a talajon - fokozott vezetőképességű területeken (nedves helyek, elektromosan vezető rétegek stb.) vagy magas tárgyakkal (dombok, kémények, víztornyok, oszlopok, villanyvezetékek, fák, önálló épületek) a síkság stb. .) — ​​a sofőr felé haladjon.

A vezetőt arra a tárgyra irányítják, amelyhez képest a legnagyobb az elektromos térfeszültség, majd erőteljes ellenkisülés lép fel, amely a fénysebességgel összemérhető sebességgel terjed (1. ábra). Ráadásul a másodperc egytízezred része alatt több százezer ampert elérő áram halad át az érintett szerkezeten, melynek hatására a plazma több tízezer fokra felmelegszik, és erősen világítani kezd.

A kilökődés fényhatása villámcsapásként érzékelhető, és a levegő robbanásszerű tágulása a kipufogócsatornában hanghatást – mennydörgést – kelt.

Rizs. 1. A zivatarfelhő villamosítási folyamatának és a földi objektum felé történő villámkisülés kialakulásának vázlata.

A mérések azt mutatják, hogy a kisülések körülbelül 3/4-e a felhő negatív töltésű részeiből, a kisülések 1/4-e pedig a pozitív töltésű területekről származik. Az első után több egymást követő kisülés is megjelenhet.

A villámkisüléseket a következő paraméterek jellemzik:

• áramamplitúdó — a leggyakrabban megfigyelt áram 10-30 kA, a mérések 5-6%-ában az áram eléri a 100-200 kA-t;

• a hullámfront hossza — a villámáram maximális értékre való emelkedésének időtartama (általában 1,5-2 μs).

Sokkal ritkábban figyelhető meg a gömbvillám, amely egy legfeljebb fél méter átmérőjű izzó plazmagolyó, amely lassan mozog a légáramlatok hatására a föld felszínén. A gömbvillám kéményeken, ablakokon, ajtókon keresztül hatol be az épületekbe.

Ha a gömbvillám élő szervezetet érint, akkor halálos sérülések, súlyos égési sérülések keletkeznek, szerkezetekkel való érintkezéskor pedig robbanás és tárgyak mechanikai megsemmisülése következik be. A gömbvillám természetét még mindig nem értjük jól.

Villámcsapás hatása épületekre és építményekre

A közvetlen villámcsapás a tartóelemek felhasadását, a szerkezetek megolvadását, gyulladást és robbanást, mechanikai tönkremenetelt, valamint a fémszerkezetek elfogadhatatlan felmelegedését okozza a rajtuk áthaladó villám miatt. Az üzemi adatok szerint a villám 4 mm vastag fémlemezt éget át.

Az elektrosztatikus indukció abban nyilvánul meg, hogy nagy potenciál keletkezik a szigetelt fémszerkezeteken és vezetékeken, ami a talaj pusztulásához vezet, ami viszont áramütést, robbanásveszélyes keverékek begyulladását és felrobbanását, valamint a szigetelés az elektromos berendezésekben.

Az elektromágneses indukció az egymástól és a talajtól elszigetelt kitágított fémszerkezeteken és kommunikációkon (gerendák, sínek, csővezetékek stb.) kisülési áram alatti indukcióban nyilvánul meg, amely szikrát vagy ívet okozhat.

Villámkisülés esetén a külső földi szerkezetek és kommunikációk mentén is nagy potenciálok lépnek fel.

Az épületeket és létesítményeket rendeltetésüktől és a helyükön a villámlás intenzitásától függően védeni kell a villámcsapás okozta károktól vagy a villámkisülés okozta másodlagos hatásoktól.

Az Uráltól Krasznojarszkig és Krasznojarszktól délre, Krasznojarszktól Habarovszkig terjedő terület olyan területekhez tartozik, ahol a zivatartevékenység átlagos időtartama 40-60 óra. A Krasznojarszktól északra fekvő régióban, Krasznojarszktól Nyikolajevszk-on-Amurig a zivatartevékenység átlagos időtartama 20-40 óra. Az évi 60-ról 80 órára megnövekedett zivataraktivitás figyelhető meg Felső-Altáj régióiban (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Az épületek és építmények villámvédelmét szakosodott szervezetek által kidolgozott projektek szerint kell elvégezni.

Közvetlen villámcsapás elleni védelem. Villámhárító lefedettségi terület

A villámvédelmi eszközök működése abból áll, hogy a felette magasodó fém villámhárítót a védett objektum közelében kell felszerelni, megbízhatóan csatlakoztatva a talajhoz. Villámkisülés esetén a földre rohanó vezető megközelíti a megnövekedett vezetőképesség legmagasabb pontját (a földelt villámhárító felső része szolgál ilyen pontként), és a kisülés a védett objektumot megkerülve a villámhárítóhoz történik.

A h magasságú egyrúdú villámhárító védőzónája egy 0,92 h magasságú kúp, amelynek alapja 1,5 h sugarú kör alakú (2. ábra).

Minden, a kúpba illeszkedő szerkezet legalább 95%-os megbízhatósággal védett a közvetlen villámcsapástól (B zóna).A 0,85 órás magasságú és 1,1 órás alapsugárral rendelkező kúp belsejében a védelmi megbízhatóság 99,5%. (A zóna).

Rizs. 2. Egyrúdú villámvédelmi zónák. A – védőzóna 99,5%-os megbízhatósággal; B — védőzóna 95%-os megbízhatósággal; 1 — villámhárító; 2 — védett objektum.

Ha a telek területe nagyobb, mint a védett terület, akkor növelni kell a villámhárító magasságát, vagy több villámhárítót kell felszerelni.

Védelem a villámlás másodlagos hatásai ellen

A légköri kisülések során fellépő elektrosztatikus indukció miatt az épületekben vagy szerkezetekben fellépő nagy potenciálok elleni küzdelem fő intézkedése az épület összes vezető elemének földelése.

A befolyás eltávolítására elektromágneses indukció hosszúkás fémelemekben (csővezetékek, fémszerkezetek stb.) az utóbbiak megbízhatóan fémhidakkal vannak összekötve.

A nagy potenciálok légi és földalatti kommunikáción keresztüli átvitelének kiküszöbölése érdekében a táp-, rádió-, jelző- és kommunikációs hálózatok bemeneteit kábel- és szelephatárolók (például RVN-0.5) és szikraközök valósítják meg, amelyek akkor aktiválódnak, amikor a feszültségemelések vannak beépítve.