Опасные воздействия молнии

МОЛНИЕЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

По дисциплине «Электробезопасность»

Для студентов специальности 330100

дневной и заочной формы обучения

МАГНИТОГОРСК

Составитель: Т.М.Мурикова

МОЛНИЕЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ: Методические указания и варианты заданий для проведения практических занятий для студентов специальности 330100 дневной и заочной формы обучения. Магнитогорск: МГТУ, 2002, 64с.

Статистика утверждает, что ежегодно на нашей планете бушует 44 тысячи гроз, и каждую секунду в землю вонзается 100 молний.

Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько кило­метров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо на­земным сооружением(или между разноименно заряженными частями облаков).

В большинстве случаев нижняя часть грозовых облаков заряжается отрицательно, а на поверхности земли индуцируются положительные заряды. Так образуется как бы гигантский заряженный конденсатор, одной обкладкой которого служит грозовое облако, а второй – земля. По мере концентрации зарядов увеличивается напряженность электрического поля этого конденсатора и, когда она достигает критической величины (около 30 кВ/см), создаются условия для развития молнии.

ОПАСНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЛНИИ

Воздействия молнии принято подразделять на две основные группы: первич­ные, вызванные прямым ударом молнии, и вторичные, индуцированные близкими ее разрядами или занесенные в объект протяженными металлическими коммуни­кациями. Опасность прямого удара и вторичных воздействий молнии для зданий и сооружений и находящихся в них людей или животных определяется, с одной стороны, параметрами разряда молнии, а с другой — технологическими и кон­структивными характеристиками объекта (наличием взрыво- или пожароопасных зон, огнестойкостью строительных конструкций, видом вводимых коммуникаций, их расположением внутри объекта и т. д.).

Прямой удар молнии вызывает следующие воздействия на объект:

электрические, связанные с поражением людей или животных электрическим током и появлением перенапряжений на пораженных элементах. 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 их крутизной могут привести к перенапряжениям в несколько мегавольт. При отсутствии молниезащиты пути растекания тока молнии неконтролируемы и ее удар может создать опасность поражения током, опасные напряжения шага и прикосновения, перекрытия на другие объекты;

термические, связанные с резким выделением теплоты при прямом контакте канала молнии с содержимым объекта и при протекании через объект тока молнии. Выделяемая в канале молнии энергия определяется переносимым заря­дом, длительностью вспышки и амплитудой тока молнии; в 95% случаев разрядов молнии эта энергия (в расчете на сопротивление 1 Ом) превышает 5, 5/Дж, она на два-три порядка превышает минимальную энергию воспламенения большин­ства газо-, паро- и пылевоздушных смесей, используемых в промышленности. Следовательно, в таких средах контакт с каналом молнии всегда создает опасность воспламенения, (а в некоторых случаях взрыва), то же относится к случаям проплавления каналом молнии корпусов взрывоопасных наружных установок. При протекании тока молнии по тонким проводникам создается опасность их расплааления и разрыва;

механические, обусловленные 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. Контакт с каналом молнии может вызвать резкое паро- или газообразование в некоторых материалах с последующим механическим разрушением, например, расщеплением древесины или образованием трещин в бетоне.

Вторичные проявления молнии связаны с действием на объект электромагнит­ного поля близких разрядов. Обычно это поле рассматривают в виде двух состав­ляющих: первая обусловлена перемещением зарядов в лидере и канале молнии, вторая — изменением тока молнии во времени. Эти составляющие иногда назы­вают электростатической и электромагнитной индукцией.

Электростатическая индукция проявляется в виде перенапряжения, возникаю­щего на металлических конструкциях объекта и зависящего от тока молнии, расстояния до места удара и сопротивления устройств заземления. При отсутствии надлежащего заземления перенапряжение может достигать сотен киловольт и создавать опасность поражения людей и перекрытий между разными частями объекта.

Электромагнитная индукция связана с образованием в металлических контурах ЭДС, пропорциональной крутизне тока молнии и площади, охватываемой конту­ром. Протяженные коммуникации в современных производственных зданиях могут образовывать контуры, охватывающие большую площадь, в которых воз­можно наведение ЭДС в несколько десятков киловольт. В местах сближения протяженных металлических конструкций, в разрывах незамкнутых контуров со­здается опасность перекрытий и искрений с возможным рассеянием энергии около десятых долей джоуля.

Еще одним видом опасного воздействия молнии является занос высокого потенциала по вводимым в объект коммуникациям (проводам воздушных линий электропередачи, кабелям, трубопроводам). Он представляет собой перенапряже­ние, возникающее на коммуникации при прямых и близких ударах молнии и распространяющееся в виде набегающей на объект волны. Опасность создается за счет возможных перекрытий с коммуникации на заземленные части объекта. Подземные коммуникации также представляют опасность, так как могут принять на себя часть растекающихся в земле токов молнии и занести их в объект.