Zaštita od munje zgrada i objekata

Pražnjenje munje iz atmosferskog elektriciteta može uzrokovati oštećenje izolacije, nezgode na električnim instalacijama, nezgode s ljudima i uništenje zgrada i građevina.

Pojava munje

Kada sunce zagrijava zemljinu površinu, nastaju uzlazna strujanja zraka zasićena vodenom parom. Manje čestice vode su negativno nabijene, veće su pozitivno nabijene.

Pod utjecajem vjetra i gravitacije dolazi do razdvajanja suprotno nabijenih čestica. Čestice vode u oblacima koji se dižu na visinu veću od 5 km smrzavaju se i kolabiraju. Pozitivno nabijeni kristali nalaze se u gornjem dijelu oblaka, na visini od 5-7 km, negativno nabijeni - na visini od 2-5 km. Kao posljedica razdvajanja naboja u oblacima nastaju tzv. Svemirski naboji i različiti dijelovi grmljavinskog oblaka imaju različite vrijednosti i predznake naboja. Naboji s dna oblaka uzrokuju naboje suprotnog predznaka na tlu.

Između oblaka i tla, kao i između različitih dijelova oblaka ili između različitih oblaka, nastaju polja visokog intenziteta - nekoliko desetaka tisuća volti po centimetru. Pri jačini polja od oko 30 kV / cm dolazi do ionizacije zraka, počinje proboj - takozvani vodeći pražnjenje (slabo sjajni kanal promjera 10–20 m), koji se kreće prosječnom brzinom od 200– 300 km/s.

Pod djelovanjem polja dolazi do naboja na tlu — u područjima s povećanom vodljivošću (vlažna mjesta, elektrovodljivi slojevi itd.) ili uz visoke objekte (brda, dimnjaci, vodotornjevi, stupovi, dalekovodi, drveće, samostalne zgrade na ravnica itd. .) — ​​kretati se prema vozaču.

Vodič se usmjeri prema objektu u odnosu na koji je napon električnog polja najveći i tada dolazi do snažnog protupražnjenja koje se širi brzinom usporedivom s brzinom svjetlosti (slika 1). Osim toga, za manje od jedne desettisućinke sekunde, struja koja doseže stotine tisuća ampera prolazi kroz zahvaćenu strukturu, pod čijim utjecajem se plazma zagrijava do nekoliko desetaka tisuća stupnjeva i počinje jarko svijetliti.

Svjetlosni učinak izbačaja percipira se kao munja, a eksplozivno širenje zraka u ispušnom kanalu proizvodi zvučni efekt — grmljavinu.

Riža. 1. Shema procesa elektrifikacije grmljavinskog oblaka i razvoja pražnjenja munje prema tlu.

Mjerenja pokazuju da otprilike 3/4 pražnjenja potječe iz negativno nabijenih dijelova oblaka, a 1/4 pražnjenja iz pozitivno nabijenih područja. Nakon prvog može se pojaviti još nekoliko uzastopnih iscjedaka.

Pražnjenja groma karakteriziraju sljedeći parametri:

• amplituda struje — najčešće promatrana struja je 10–30 kA, u 5–6% mjerenja struja doseže 100–200 kA;

• duljina fronte vala — trajanje porasta struje munje do maksimalne vrijednosti (obično 1,5-2 μs).

Mnogo rjeđe se opaža loptasta munja, koja je užarena plazma kugla promjera do pola metra, koja se polako kreće pod utjecajem zračnih struja na zemljinoj površini. Kuglaste munje prodiru u zgrade kroz dimnjake, prozore, vrata.

Dotakne li kuglasta munja živi organizam, dolazi do smrtonosnih ozljeda, teških opeklina, au dodiru s objektima dolazi do eksplozije i mehaničkog razaranja predmeta. Priroda kuglaste munje još uvijek nije dobro shvaćena.

Utjecaj groma na zgrade i građevine

Izravni udar groma uzrokuje cijepanje nosača, taljenje konstrukcija, paljenje i eksploziju, mehaničko uništenje, neprihvatljivo zagrijavanje metalnih konstrukcija od munje koja prolazi kroz njih u zemlju. Prema operativnim podacima, munja probija lim debljine 4 mm.

Elektrostatička indukcija očituje se stvaranjem visokog potencijala na izoliranim metalnim konstrukcijama i žicama, što dovodi do razaranja tla, što zauzvrat može izazvati strujni udar ljudi, paljenje i eksploziju eksplozivnih smjesa, kao i oštećenje izolacija u električnim instalacijama .

Elektromagnetska indukcija očituje se u indukciji tijekom struje pražnjenja na ekspandiranim metalnim konstrukcijama i komunikacijama (grede, tračnice, cjevovodi itd.), međusobno izoliranim i od zemlje, što može izazvati iskru ili luk.

U slučaju pražnjenja munje, visoki potencijali također se uvode duž vanjskih uzemljenih struktura i komunikacija.

Građevine i objekti, ovisno o njihovoj namjeni i intenzitetu djelovanja groma u području na kojem se nalaze, moraju biti zaštićeni od oštećenja gromom ili sekundarnih učinaka uzrokovanih pražnjenjem groma.

Područje od Urala do Krasnojarska i južno od Krasnojarska, od Krasnojarska do Habarovska pripada područjima s prosječnim trajanjem grmljavinske aktivnosti od 40 do 60 sati. U regiji sjeverno od Krasnojarska, od Krasnojarska do Nikolajevska na Amuru, prosječno trajanje grmljavinske oluje je od 20 do 40 sati. Povećana grmljavinska aktivnost od 60 do 80 sati godišnje uočena je u regijama Gornjeg Altaja (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Zaštita od munje zgrada i građevina mora se provoditi prema projektima koje su izradile specijalizirane organizacije.

Zaštita od izravnih udara groma. Područje pokrivanja gromobrana

Djelovanje uređaja za zaštitu od munje sastoji se u činjenici da je metalni gromobran koji se uzdiže iznad njega postavljen u blizini zaštićenog objekta, pouzdano povezan sa zemljom. Kada dođe do pražnjenja munje, vodič koji juri prema zemlji približava se najvišoj točki povećane vodljivosti (kao takva točka služi gornji dio uzemljenog gromobrana) i pražnjenje dolazi do gromobrana, zaobilazeći štićeni objekt.

Zaštitna zona jednorodnog gromobrana visine h je stožac visine 0,92 h s bazom u obliku kruga polumjera 1,5 h (slika 2).

Sve strukture koje se uklapaju u stožac bit će zaštićene od izravnog udara groma s pouzdanošću od najmanje 95% (zona B).Unutar stošca s visinom od 0,85 sati i polumjerom baze od 1,1 sat, pouzdanost zaštite je 99,5%. (Zona A).

Riža. 2. Zone zaštite od munje s jednim šipkom. A — zona zaštite s 99,5% pouzdanosti; B — zona zaštite s 95% pouzdanosti; 1 — gromobran; 2 — zaštićeni objekt.

Ako je površina gradilišta veća od štićenog prostora, potrebno je povećati visinu gromobrana ili postaviti više gromobrana.

Zaštita od sekundarnog djelovanja groma

Glavna mjera za suzbijanje pojave visokih potencijala u zgradama ili građevinama zbog elektrostatske indukcije tijekom atmosferskih pražnjenja je uzemljenje svih vodljivih elemenata zgrade.

Za uklanjanje utjecaja elektromagnetska indukcija u izduženim metalnim elementima (cjevovodi, metalne konstrukcije itd.), potonji su pouzdano povezani metalnim mostovima.

Kako bi se eliminirao prijenos visokih potencijala kroz zračne i podzemne komunikacije, ulazi energetskih, radijskih, signalnih i komunikacijskih mreža implementirani su pomoću kabelskih i ventilskih limitatora (na primjer, RVN-0,5) i iskrišta, koja se aktiviraju kada instalirani su porasti napona.