Пожарная опасность молнии реферат

Обновлено: 05.07.2024

Воздействие молнии может быть двояким. Во-первых, оно может поражать здания и установки непосредственно, что называется прямым ударом, или первичным воздействием. Прямой удар молнии характеризуется непосредственным контактом канала молнии со зданием или сооружением и сопровождается протеканием через него тока молнии. Во-вторых, она может оказывать вторичные воздействия, объясняемые электростатической и электромагнитной индукцией, а также заносом высоких потенциалов через надземные и подземные металлические коммуникации, что является следствием прямого удара молнии. Вторичные воздействия создают опасность искрения внутри защищаемого объекта.

Воздействия прямого удара молнии

Прямой удар молнии обуславливает следующие воздействия на объекты: термические, механические и электрические. Все эти воздействия могут быть причинами пожаров, взрывов, механических разрушений, перенапряжения на пораженных элементах объекта, проводах и кабелях электрических сетей, поражения людей.

Термические воздействия связаны с резким выделением теплоты при прямом контакте канала молнии с содержимым пораженного объекта и при протекании через объект тока молнии. Канал молнии имеет высокую температуру (30 000С и выше) и запас тепловой энергии. Выделяемая в канале молнии энергия определяется переносимым зарядом, длительностью протекания и амплитудой тока молнии. В 95 % случаев разрядов молнии эта энергия (в расчете на сопротивление 1 Ом) превышает 5,5 Дж [2], что на несколько порядков превышает минимальную энергию воспламенения газо-, паро- и пылевоздушных смесей. При этом вероятность воспламенения горючей среды зависит не только и не столько от амплитуды тока, сколько от величины и времени протекания длительного тока молнии в ее финальной стадии (ток 100-500 А, время 1-1,5 с).

Особую опасность прямой удар молнии представляет для зданий и наружных установок, где по условиям технологического процесса может образоваться взрывоопасная среда, что встречается редко; чаще она образуется при нарушении технологических процессов, авариях оборудования, вентиляции.

Опасность поражения прямым ударом молнии некоторых наружных взрывоопасных установок связана с проплавлением молнией металлических поверхностей, перегревом их внутренних стенок или воспламенением взрывоопасных смесей паров и газов, выделяющихся через дыхательные и предохранительные клапаны, газоотводные трубы, свечи. Сюда относятся металлические и железобетонные резервуары со сжиженными горючими газами, многие аппараты наружных технологических установок нефтеперерабатывающих, химических и других объектов.

Тепловые процессы в месте контакта молнии с металлом весьма сложны и плохо поддаются расчету. При упрощении модели этого явления можно предположить, что процесс тепловыделения в зоне контакта аналогичен стационарной электрической дуге. Доказано, что проплавление (прожог) металла установок током молнии возможно лишь при его толщине не более 4 мм.

В работе [31] указывается, что площадь прожога S, мм 2 , слабо зависит от материала стенки, а определяется в основном ее толщиной , мм, и протекшим зарядом q_м, Кл. Экспериментальные данные удовлетворительно интерполируются следующими соотношениями для меди, железа, стали и алюминия:

при 0 мм -0,9 q_м; (8.4)

при 0,9 мм -1,54 q_м. (8.5)

Проплавление током молнии металлических поверхностей может привести к взрыву и разрушениям, если внутри установки содержится взрывоопасная концентрация горючих газов и паров, поэтому с учетом коррозии за минимальную толщину металла, способную сохранить герметичность установки (при отсутствии высоких давлений), принимают 5 мм. Необходимо учитывать, что внутренняя часть стенки установки, где содержится продукт, в месте удара молнии приобретает повышенную температуру, которая может оказаться критической для него и вызвать взрыв. Для объяснения этого явления можно воспользоваться теорией воспламенения горючих смесей от действия накаленных тел.

Пораженный участок стенки установки (рис. 8.5) примем за накаленное тело с температуройТ₁. Если среда, соприкасающаяся с ним, инертна, то распределение температуры в ней изобразится кривой Т₁А₁ (см.рис. 8.5). Если же среда представляет собой горючую смесь, то в силу дополнительного выделения тепла распределение температур в ней изобразится пунктирной линией Т₁А₁. Повышение начальной температуры стенки до Т₂ приведет к тому, что в инертной среде ее распределение будет подобно прежнему, но с более резким снижением (кривая Т₂А₂). В горючей же смеси, где с повышением температуры увеличивается выделение теплоты, распределение температуры снижается значительно медленней, чем Т₂А₂. При определенном значении Т₂ понижения температуры в горючей среде (вблизи накаленного участка стенки) не произойдет, а ее распределение изобразится пунктирной линией Т₂А₂, т.е. температура горючей смеси за счет выделения тепла реакции поддерживается равной температуре накаленного участка стенки, который больше не участвует в процессе нагрева смеси.

При повышении температуры стенки до Т₃ на некотором удалении от нее температура горючей смеси будет расти до тех пор, пока не возникнет горение. Такое изменение температуры изобразится кривой Т₃А₃ (см. рис. 8.5).

Таким образом, температура накаленного участка стенки Т₂ является предельной, так как при ней количество теплоты, выделяемое реакцией, равняется отводимому. Если немного повысить температуру участков стенки (до Т₃), то скорость выделения теплоты превысит скорость теплоотвода, и смесь получит возможность разогреваться до воспламенения, следовательно, Т₃ – температура самовоспламенения. В случае возникновения горения от действия местного источника критическая температура должна превышать температуру самовоспламенения (например, Т₃), при этом чем меньше размеры накаленного участка стенки, тем выше критическая температура.

Были проведены опыты по выявлению влияния размеров шарика, рассматриваемого в качестве источника зажигания, на температуру самовоспламенения горючей смеси. Результаты опытов показали (рис. 8.6), что меньшему диаметру шарика соответствует большая температура самовоспламенения газовой смеси (светильного газа с воздухом). Диаметр накаленного участка в месте прямого удара молнии можно принять равным 10 см.

При воспламенении горючей смеси в аппарате, пораженном молнией, необходимо учитывать и то, что горючие смеси имеютпериод индукции или время запаздывания самовоспламенения. Воспламенения не произойдет, если указанный период окажется больше времени охлаждения накаленного участка стенки аппарата до величины ниже температуры самовоспламенения. Если же он меньше времени охлаждения этого участка, то горючая смесь воспламенится.

Рис. 8.6. Зависимость температуры самовоспламенения от диаметра шарика

Опытами установлено, что время нагрева и охлаждения пораженного молнией места в стальном листе от 0,1 до 10 с. Максимум температуры возникает через 1-2 с от начала удара молнии и уменьшается пропорционально толщине листа. Период же индукции у ряда веществ может быть меньше интервала между возникновением максимума температуры и охлаждением поражаемого участка стенки. У метановоздушных смесей в зависимости от процентного содержания метана (6-10 %) и температуры нагрева смесей (775-875 С) период индукции колеблется от 0,35 до 1,23 с. У водородовоздушных смесей при концентрациях водорода от 27,8 до 34 % период индукции составляет 3 мс, а у ацетиленовоздушных смесей (концентрация ацетилена 10-18 %) – 4 – 14 мс. У пыли битуминозного угля он составляет примерно 4 мс, а у алюминиевой пыли практически отсутствует. Из приведенных примеров видно, что установки с водородом или ацетиленом более опасны, чем с метаном. Также опасны сооружения с алюминиевой пылью.

Представленная на рис. 8.7 криваяt_мак_с= f() позволяет выбрать допустимую толщину металла для наружных взрывоопасных установок. Там, где допустимо повышение температуры внутренней стенки до 800-1200 С (с учетом всех свойств среды) и нет высоких давлений, можно ограничиться толщиной стенки в 4-5 мм. В установках, содержащих газ или жидкость под давлением, толщина должна быть 5,5-6 мм, в противном случае силой давления разогретый металл разорвется или вспучится, что может привести к пожару или взрыву.

Рис. 8.7. Зависимость температуры от толщины листа

Таким образом, при решении вопроса об использовании взрывоопасных наружных технологических установок в качестве естественных молниеприёмников в каждом отдельном случае необходим тщательный анализ приведенных выше условий. В сомнительных случаях (установки находятся под избыточным давлением) для исключения непосредственного контакта канала молнии с установкой на последней сооружают специальный молниеприёмник. Такие молниеприёмники необходимы и в том случае, если на установках имеются дыхательные клапаны, газоотводные трубы, свечи. При этом молниеприёмники располагают так, чтобы контакт канала молнии с ними происходил вне взрывоопасной зоны распространения взрывоопасных смесей. Те же условия нужно соблюдать и при установке молниеотводов для защиты взрывоопасных зданий с устройствами для выделения горючих смесей, способных к воспламенению при контакте с каналом молнии. Большинство промышленных зданий и наружных установок представляет сложную сеть металлических конструкций, трубопроводов и т.д., по которым в момент прямого удара растекается ток молнии. При отсутствии контакта между отдельными конструкциями в местах сближения металлических частей может возникнуть мощная искра – источник воспламенения горючей среды.

Пожар или взрыв от прямого удара молнии может произойти и при наличии молниезащиты, если токоотводы имеют значительную протяженность и не предприняты меры по выравниванию потенциалов между ними и металлическими конструкциями здания или технологического оборудования. В противном случае между токоотводом и элементами здания, сохраняющими потенциал, близкий к потенциалу земли, возникает искра – источник взрыва или пожара. К пожару может привести также нарушение целостности токоотвода, проложенного по мягкой кровле или сгораемому утеплителю здания, и тогда в месте разрыва возникает мощная искра.

Пожаро- и взрывоопасность атмосферного электричества может быть обусловлена не только прямым ударом молнии, но и встречными (незавершенными) восходящими лидерами (размер канала составляет несколько десятков сантиметров), температура канала которых может достигать 2 000 – 7 000 К. Развивающиеся, например, от газоотводных и дыхательных труб, они даже при отсутствии разряда молнии могут вызвать воспламенение взрывоопасных смесей паров и газов, сбрасываемых в атмосферу. Такие случаи наблюдаются на нефтехимических предприятиях. Однако каких-либо нормативных мер защиты от указанных явлений не предусмотрено. Вероятность воспламенения сбрасываемых горючих смесей можно снизить примерно в 100 раз, если на устройствах по сбросу укрепить сетку-сферу (электростатический купол) с радиусом 1 м.

Отсутствуют нормативные рекомендации о необходимости учитывать при молниезащите дымовых труб не только ее высоту, но часть высоты струи выбрасываемого дыма. Высоту струи дыма над трубой следует принимать до точки, в которой температура горячих газов будет не более 100 С. Следовательно, защитный уровень трубы будет равным h_x=h_тр+h_стр.

Термическое воздействие токов молнии на проводники вызывает не только их нагрев, но и оплавление. При этом может выделиться такое количество теплоты, которое при недостаточном сечении металла расплавит его или даже испарит. В местах разрыва проводников или плохого электрического контакта обычно появляется искра. При расчете минимальных сечений исходят из условия, что вся тепловая энергия, выделяемая током молнии, идет на нагрев металла токоотвода. Потерей теплоты в окружающую среду из-за кратковременности этого процесса пренебрегают.

Расчетами определено, что минимальное сечение стальных токоотводов, исключающее расплавление, составляет 16 мм 2 , а медленных – 6 мм 2 . С учетом коррозии металлов их минимальные сечения следует увеличить. В практике имелись случаи, когда от действия молнии токоотводы распадались на куски длиной в несколько сантиметров, что объясняется не только тепловыми, но и электродинамическими усилиями, возникающими в проводниках. В целях повышения механической прочности и увеличения срока службы рекомендуется применять токоотводы сечением не менее 29 мм 2 из круглой стали и 16 мм 2 из меди.

Механические воздействия токов молнии обусловливаются ударной волной, распространяющейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с токами молнии. Это воздействие может быть причиной, например, сплющивания тонких металлических трубок и схлестывания проводников. При поражении молнией сооружений из твердого негорючего материала (камня, кирпича, бетона) наблюдаются местные разрушения как результат динамического действия. Наиболее серьезные из них связаны с электрогидравлическими эффектами при разряде молнии. Если между пораженным участком объекта и землей нет токопроводящих путей, его потенциал по отношению к земле достигает высоких значений и возникает пробой (разряд) по пути наименьшей электрической прочности.

Ток молнии, устремляясь в узкие каналы пробоя, вызывает резкое повышение температуры и испарение (взрыв) в них материала. При этом давление достигает значительных величин, что приводит к взрыву (расщеплению) токонепроводящих частей объекта, например расщепление деревянных сооружений и деревьев, разрушение незащищенных кирпичных дымовых труб, башен. При этом степень разрушения определяется не столько током молнии, сколько содержанием влаги или газогенерирующей способностью пораженного материала. Известны случаи частичного или даже полного разрушения бетонных и железобетонных сооружений. Это можно объяснить плохими контактами в местах соединений стальной арматуры. При надежных контактах арматура железобетонных сооружений может служить хорошим токоотводом для молнии, так как имеет большое общее сечение, исключающее опасные повышения температуры.

Электрические воздействия молнии связаны с поражением людей или животных электрическим током и появлением перенапряжений на пораженных элементах объекта. Перенапряжение пропорционально амплитуде и крутизне тока молнии, индуктивности конструкций и сопротивлению заземлителей, по которым ток молнии отводится в землю. Даже при выполнении молниезащиты прямые удары молнии с большими токами и крутизной могут привести к перенапряжениям в несколько мегавольт.

При отсутствии молниезащиты пути растекания тока молнии становятся неконтролируемыми и это может увеличить опасность поражения током людей, опасные напряжения шага и прикосновения, а также перекрытия на другие объекты.

Поэтому опасно укрываться во время грозы под деревьями, особенно высокими или стоящими отдельно, находиться вблизи металлических труб, мачт, молниеотводов, заземлителей и т.п.

Природных ЧС очень много и безусловно изучение каждого из них важно для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека. Каждое из них несёт не только опасность жизни, но и ущерб.
Некоторые ЧС сложно предсказать, а некоторые не предсказываются совсем.
Что касается молний, то данный вид природного явления несёт в себе необычайную красоту, мощь и конечно же опасность. И даже очень большую опасность.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

реферат молнии.docx

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российский государственный гидрометеорологический университет

Выполнил студент гр Э-474:

Основные характеристики………………………………..4
Виды молний………………………………………………4

2.1 Ударная волна от молнии………………………………. 10

Люди и молния…………………………………………….10
Молния и электроустановки……………………………. 11
Молния и авиация…………………………………………11
Молния и корабли…………………………………………12

Молнезащита………………………………………………1 2

Некоторые ЧС сложно предсказать, а некоторые не предсказываются совсем.

Что касается молний, то данный вид природного явления несёт в себе необычайную красоту, мощь и конечно же опасность. И даже очень большую опасность.

Есть на нашей планете места, где грозовая активность практически не прекращается, а есть, где гроз не бывает десятилетиями. Но статистика утверждает, что в масштабах планеты грозовые разряды ударяют во все, что стоит на земле, с интенсивностью около ста ударов в секунду! А самих гроз на планете бушует одновременно порядка 2000. Одним из результатов этого могут быть пожары (только в нашей стране 7% пожаров в жилых домах происходит от попадания молний) [3].

I Основные характеристики

Мо́лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране и др. Ток в разряде молнии достигает 10—100 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиардов вольт, тем не менее, погибает после попадания молнии в человека лишь 47,3 % людей.

Условия формирования молний

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме нескольких км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках — внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю — наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1—0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую, световую и звуковую.

Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их.

По более современным представлениям, ионизация атмосферы для прохождения разряда происходит под влиянием высокоэнергетического космического излучения — частиц с энергиями 1012-1015 эВ, формирующих широкий атмосферный ливень (ШАЛ) с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 20000-30000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр — несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. Но земля не является заряженой, поэтому принято считать что разряд молнии происходит от облака по направлению к земле(сверху вниз).

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию — светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками.

Рисунок 1 – Внутреоблачная молния

В 1989 году был обнаружен особый вид молний — эльфы, молнии в верхней атмосфере. В 1995 году был открыт другой вид молний в верхней атмосфере — джеты.

Эльфы (англ. Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources) представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс).

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов.

Рисунок 2 – Молнии и разряды в верхних слоях атмосферы

Шарова́я мо́лния — светящийся плавающий в воздухе шар, уникально редкое природное явление. Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено, также существуют научные теории, которые сводят феномен к галлюцинациям. Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, так что вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на конец XX века не было создано ни одного опытного стенда, на котором это природное явление искусственно воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев шаровой молнии.

Широко распространено мнение, что шаровая молния — явление электрического происхождения, естественной природы, то есть представляет собой особого вида молнию, существующую продолжительное время и имеющую форму шара, способного перемещаться по непредсказуемой, иногда удивительной для очевидцев траектории.

Традиционно достоверность многих свидетельств очевидцев шаровой молнии остаётся под сомнением, в том числе:

-сам факт наблюдения хоть какого-то явления;

-факт наблюдения именно шаровой молнии, а не какого-то другого явления;

-отдельные подробности явления, приводимые в свидетельстве очевидца.

Сомнения в достоверности многих свидетельств осложняют изучение явления, а также создают почву для появления разных спекулятивно-сенсационных материалов, якобы связанных с этим явлением.

В связи с тем, что появление шаровой молнии как природного явления происходит редко, а попытки искусственно воспроизвести его в масштабах природного явления не удаются, основным материалом для изучения шаровых молний являются свидетельства неподготовленных к проведению наблюдений случайных очевидцев. В некоторых случаях современные очевидцы произвели фото и/или видеосъёмку явления, при этом низкое качество съёмок не позволяет использовать их в научных целях.

Тёмная молния — электрические разряды в земной атмосфере длительностью 0,2–3,5 мс с энергией до 20 МэВ, являющиеся по мнению исследователей причиной временного выхода из строя датчиков спутников на низких околоземных орбитах. В отличие от обычных молний эти электрические разряды в атмосфере дают очень мало излучения в видимом спектральном диапазоне и практически незаметны в облачном слое.

Молния — природное явление сокрушительного характера. Воздействие прямого удара молнии (ПУМ) представляет собой высокую взрыво- и пожарную опасность для зданий и сооружений, поскольку может стать причиной пожаров, взрывов, механических разрушений, поражения людей.

Человек научился прогнозировать те или иные явления, но не защищать от них свое имущество, а в некоторых случаях и себя. Однако этого нельзя сказать про молнии. В этой статье расскажем, как осуществляется защита объектов (зданий и сооружений) от прямых ударов молнии, что представляет собой молниезащита, из каких элементов и устройств состоит молниеотвод.

Воспользуйтесь нашим онлайн-сервисом по созданию комплектов документов по пожарной безопасности. Выберите в каталоге тип своего объекта, заполните анкету и внесите оплату. Скачайте готовый комплект в формате .docx в личном кабинете. Это просто, убедитесь сами!

Виды воздействия ударов молнии на здания и сооружения

Воздействия молнии на объекты принято подразделять на две основные группы:

первичные — вызываются прямым ударом молнии (ПУМ);

вторичные — индукции, блокированные близкими ее разрядами или занесенные в объект протяженными металлическими коммуникациями.

Опасность прямого удара и вторичных воздействий молнии для зданий, сооружений и находящихся в них людей или животных определяется, с одной стороны, параметрами разряда молнии, а с другой — технологическими (методика изготовления) и конструктивными (несовершенство конструкций) характеристиками объекта.

Прямой удар молнии (ПУМ) вызывает следующие воздействия на объект:

электрические воздействия — связаны с поражением людей или животных электрическим током и появлением перенапряжений на пораженных элементах. Даже при выполнении молниезащиты прямые удары молнии с большим током могут привести к перенапряжениям в несколько мегавольт;

термические воздействия — связаны с резким выделением теплоты при прямом контакте молнии с содержимым объекта и при протекании через объект тока молнии. В большинстве случаев создается опасность воспламенения, а в некоторых случаях и взрыва (зависит от вещества, подверженного ударам);

механические воздействия — обусловлены ударной волной, распространяющейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с током молнии. Обычно механические воздействия проявляются в виде трещин в конструкциях.

Итак, непосредственное опасное воздействие молнии — это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы и выделения опасных продуктов — радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов. Как же избежать таких последствий?

Уровни надежности системы защиты от прямых ударов молнии (ПУМ) и молниезащита

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в таблице 1.

Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов

Надежность защиты от ПУМ

Для специальных объектов минимально допустимый уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9-0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от ПУМ по согласованию с органами государственного контроля. В ИСО 153-34.21.122-2003 рассмотрена классификация специальных и обычных объектов.

Молниезащита представляет собой комплекс мероприятий и устройств, применяемых для обеспечения безопасности людей, животных, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от прямого удара молнии и ее вторичных воздействий, а также от опасных последствий, связанных с заносом высокого потенциала.

Молниеотвод – средство защиты объектов от прямых ударов молнии

Средством защиты от прямых ударов молнии служит молниеотвод — комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии с большей вероятностью поражать более высокие и хорошо заземленные предметы по сравнению с расположенными рядом объектами меньшей высоты. Поэтому на молниеотвод, возвышающийся над защищаемым объектом, возлагается функция перехвата молний, которые в отсутствие его поразили бы объект. Количественно защитное действие молниеотвода определяется через вероятность прорыва — отношение числа ударов в защищенный объект (числа прорывов) к общему числу ударов в молниеотвод и объект.

Молниеотводы разделяются на отдельно стоящие, опоры которых установлены на некотором удалении от защищаемого объекта, вследствие чего обеспечивается растекание тока молнии вне объекта, и установленные на самом объекте, при этом растекание тока происходит по контролируемым (наиболее вероятным) путям, что обеспечивает низкую вероятность поражения людей (животных), взрыва или пожара.

Молниеотвод состоит из следующих элементов: молниеприемник, опора, токоотвод и заземлитель. В некоторых случаях функции опоры, молниеприемника и токоотвода совмещаются, например, при использовании в качестве молниеотвода металлических труб или ферм.

По типу молниеприемника молниеотводы разделяются на следующие виды:

стержневые — с вертикальным расположением молниеприемника;

тросовые (протяженные) — с горизонтальным расположением молниеприемника, закрепленного на двух заземленных опорах;

сетки — состоят из продольных и поперечных горизонтальных электродов, соединенных в местах пересечений и укладываемых на защищаемое здание.

Защита от механических разрушений различных строительных конструкций при прямых ударах молнии осуществляется за счет использования:

бетона — армированием и обеспечением надежных контактов в местах соединения с арматурой;

неметаллических выступающих частей и покрытий зданий — применением материалов, не содержащих влаги или газогенерирующих веществ.

Защита от напряжений прикосновения и шага обеспечивается путем прокладки токоотводов в малодоступных для людей местах и равномерного размещения заземлителей по территории объекта.

На сегодняшний день можно свести до минимума риск негативного воздействия атмосферных электрических явлений исходя из научных и статистических знаний, практического навыков и умений.

С давних времён такое природное явление, как разряд молнии, интересовало человеческие умы. Наука давно развеяла языческие представления о молнии как о божественной искре и объяснила природу этого явления, но не природу его возникновения. Между тем до сих пор молния является серьёзной угрозой для жизни людей и животных. Каждый год в мире от удара молнии погибают около 25 тысяч человек и более 200 тысяч получают травмы. Именно поэтому изучение самой природы возникновения молнии, ее свойств и воздействия, а также средств и способов защиты от нее так важно. Расскажем, что уже известно о том, какие воздействия вызывает молния и какие способы защиты зданий и сооружения существуют и успешно используются на практике.

Виды воздействия прямого удара молнии и ее вторичные проявления

Молния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, который обычно происходит во время грозы, проявляется яркой вспышкой света и сопровождается громом. Воздействие молнии принято подразделять на две основные группы:

первичные — возникают вследствие прямого удара молнии;

вторичные — вызываются её разрядами или заносятся в объект протяжёнными металлическими коммуникациями.

Прямой удар молнии вызывает следующие воздействия на объект:

электрические, связанные с поражением людей или животных током и появлением перенапряжений на поврежденных элементах;

термические, связанные с резким выделением тепла при прямом контакте канала молнии с содержимым объекта и при протекании через объект тока молнии (создают опасность воспламенения и взрыва);

механические, обусловленные ударной волной, распространяющейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с токами молнии (может вызвать сплющивание тонких металлических трубок, расщепление древесины, трещины в бетоне).

Вторичные проявления молнии связаны с действием на объект электромагнитного поля близких разрядов. Это поле рассматривают в виде двух составляющих:

первая обусловлена перемещением зарядов в лидере и канале молнии;

вторая связана с изменением тока молнии во времени.

Непосредственное опасное воздействие молнии — это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения.

Меры безопасности и способы защиты объектов от молнии

В настоящее время защита от прямых ударов молнии и их воздействий широко и успешно осуществляется при помощи различных способов молниезащиты.

Молниезащита — это комплекс технических решений, который надежно обеспечивает безопасность людей, сохранение строений различного назначения, высотных объектов; технологического, инженерного оборудования производственных объектов; коммуникаций инфраструктуры населенных пунктов, линий электропередач как от прямых ударов молнии, так и от вторичного воздействия ее разрядов, передачи электротока через металлоконструкции, коммуникации. Заземление и молниезащита — это то, чем, согласно нормам, должны быть оборудованы промышленные здания, инженерные коммуникации, а также другие объекты. Кроме того, часть 4 статьи 50 Федерального закона РФ №123-ФЗ предписывает в качестве одного из способов исключения условий образования источников зажигания Нажмите для перехода на ПожВики устраивать молниезащиту для зданий, сооружений, оборудования.

Существует два основных типа молниезащиты: внутренняя и внешняя.

Внутренняя защита от молнии представляет собой совокупность устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Назначение УЗИП — защитить электрическое и электронное оборудование от перенапряжений в сети, вызванных резистивными и индуктивными связями, возникающими под воздействием тока молнии. Общепринято выделяют перенапряжения, вызванные прямыми и непрямыми ударами молнии. Первые происходят в случае попадания молнии в здание (сооружение) или в подведенные к зданию (сооружению) линии коммуникаций (линии электропередачи, коммуникационные линии). Вторые — вследствие ударов молнии вблизи здания (сооружения) или вблизи линий коммуникаций.

Внешняя защита от молнии нацелена на непосредственную нейтрализацию заряда молнии.

Существуют стандартные виды внешней молниезащиты:

натянутый молниеприемный трос;

Состав всех этих видов молниезащиты схож и состоит из следующих элементов:

молниеотвод (молниеприёмник, громоотвод) — устройство, перехватывающее разряд молнии, выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь);

токоотводы (спуски) — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю;

заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.

Для проверки системы на эффективность работы проводят испытания заземлительного контура, что позволяет выяснить уровень переходного сопротивления молниеотводов. Проверке подлежат все установленные системы защиты от ударов молнии.

Чтобы молниезащита не подводила, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

После окончания зимы проверять все компоненты системы на способность выполнять свои функции.

Отслеживать появление следов коррозии на металле. В случае необходимости менять детали на новые.

Один раз в два-три года прокрашивать элементы молниезащиты, прочищать контакты. При необходимости подтягивать проволоку, чтобы не допускать ее провисания.

Каждые пять лет вскрывать заземление с целью проведения профилактического осмотра и обслуживания.

Подводя итог, можно сказать, что комплексные меры по молниезащите, выполненные согласно действующим нормативам, обеспечивают безопасность при эксплуатации зданий и сооружений, многочисленных объектов и систем, строений и инженерных коммуникаций. Но главное — установка системы молниезащиты позволяет предотвратить поражение людей электрическим током, а также возникновение пожаров.

Читайте также: