Защита объектов от атмосферного статистического воздействия. Молниезащита, атмосферное и статическое электричество

Статическое электричество

СтЭ (статическое электричество) – совокупность явлений, связанных с образованием, сохранением и релаксацией электрических зарядов на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых материалов и изделий.

Заряды СтЭ образуются при деформации (изгибе, растяжении, резании,….) и дроблении твердых тел, при разбрызгивании и истечении жидкостей, при перемещении (трении) твердых тел, слоев сыпучих и жидких тел, при испарении, кристаллизации, при облучении, при химических реакциях.

Заряды СтЭ образуются при перераспределении заряженных (электронов) частиц в телах. Обычно атомы химических элементов и тела являются электрически нейтральными.

Заряды СтЭ возникают при передаче телу избыточной энергии (любым способом). Избыточная энергия вызывает нагрев тел. Остывая, они передают энергию окружающей среде: колебаниями атомов, электромагнитным излучением, эмиссией электронов, ионов и ионрадикалов.

Самая большая доля при передаче энергии при эмиссии электронов (до 90 % при теплопереносе в металлах). Обычно сопровождается излучением квантов электромагнитных излучений.

В строительстве в ходе выполнения дробления, деформации, трения сыпучих и твердых тел энергия преобразуется в избыточную тепловую. Эта работа сопровождается экзоэмиссией электронов с поверхности тел. Это явление – «эффект Крамера». При трении возникают встречные потоки электронов. Разность интенсивности встречных потоков вызывает электризацию тел.

Если тела выполнены из одного материала, то электризация не происходит, т.к. встречная потоки электронов полностью компенсируются.

Конечный результат электризации – образование двойного электрического слоя.

Электризации способствуют:

Увеличение силового взаимодействия

Увеличение скорости перемещения твердых, сыпучих и жидких тел

Увеличение различия в электросопротивлении

Двойной электрический слой – неустойчивое явление. Происходит постоянная релаксация зарядов:

Растекание зарядов по поверхности тела

Распределение в объеме

Стекание зарядов в воздух

Искровые разряды (наиболее эффективная форма релаксации)

Сохранение зарядов СтЭ зависит от объемного удельного электрического сопротивления материалов (r, Ом м):

при r>10 5 – материал является диэлектриком или полупроводником, способен долго хранить заряды (капрон r=10 12 Ом м).

Искровые разряды могут стать источником зажигания паро-, газо-, и пылевоздушных смесей.

Электрический заряд – q = Cj (Кл), где С – электрическая емкость тела относительно земли, j - потенциал тела (В) относительно земли. Ток электризации I=jn ср, где n ср - среднее число разрядов в секунду.

Энергия разряда: W = 0.5 C j 2 = 0.5 q j (Дж)

Минимальная энергия зажигания (W з) – наименьшее значение энергии электрического разряда, при которой происходит зажигание горючей смеси.

Электростатическая искробезопасность (ЭСИБ) считается обеспеченной, если в результате принятых мер, энергия разряда не превышает 0.25 W з.

Величина W з (мДж) для: бензина – 0.15, метана – 028, оксид углерода - 8, хлопковый пух – 10, древесная мука и алюминиевая пыль – 20.

В соответствии с ПУЭ (гл. 7) установлены взрывоопасные зоны классов: B-Ia, B-Iб, B-Iв, B-Iг, B-II, B-IIa. Это такие зоны помещения, оборудования и электроустановок, в которых могут образоваться взрывоопасные смеси газов, паров ЛВЖ, горючих пылей и волокон с воздухом (при нормальной работе или при аварии). Электризация может привести к разрядам, пожарам и взрывам.

Защита от статического электричества

Классическая схема мер защиты

1. Исключить опасность - исключить образование статического электричества или снизить его до безопасного уровня:

Изготовление контактирующих частей из материалов с близкими величинами электросопротивления;

Уменьшение силового воздействия;

Уменьшение скоростей (например, тормозные устройства для падающих сыпучих);

Нефтепродукты, бензолы легко электризуются. Поэтому ограничивается скорость истечения: 10 м/сек при r 5 Ом м, 5 м/сек при r 9 Ом м; нефтепродукты не допускается наливать свободно падающей струей, сливную трубу располагать у дна, не допускать интенсивного перемешивания;

2. Удаление от опасности: автоматизация и механизация производственных процессов, т.е. без участия человека

3. Ограждение опасности - мероприятие, направленные на быструю безразрядную релаксацию зарядов:

Заземление металлического и электропроводного оборудования, присоединение к заземлителю не менее чем в двух точках. Сопротивление не более 10 Ом;

– создание единой электрической цепи, обеспечение электропроводности во фланцах, покрытие пластиковых вставок электропроводящими материалами;

Добавление токопроводящих примесей;

Лакокрасочные токопроводящие покрытия;

Добавление в электризующиеся жидкости антистатических добавок (слабых электролитов)

Корпуса автоцистерн при перекачке топлива присоединяют к стационарному заземлителю, при движении – цепь;

Увеличение относительной влажности до 65…70 %. Эффективно, если материалы гидрофильны, т.е. способны образовать на поверхности тончайшую водяную пленку. Она экранирует эмиссию электронов и способствует релаксации;

Ионизация воздуха в зоне образования зарядов: Индукционные нейтрализаторы – создание электростатического поля высокой напряженности. С острия электродов-ионизаторов стекают потоки электронов, Радиоизотопные нейтрализаторы: a-излучение (положительно заряженные ядра атомов гелия, толщина слоя ионизации 40 мм) и b-излучение (электроны, слой ионизации - 400 мм);

4. Ограждение человека

Антистатическая одежда и обувь;

Токопроводящие полы и площадки;

Заземленные токопроводящая обивка стульев и электропроводные браслеты;

5. Организационные мероприятия: обучение, инструктаж, …

Атмосферное электричество. Молниезащита

Образуется в облаках – из мелких водяных частиц.

Солнечная энергия – 460 кДж на 1 см 2 в год поверхности Земли. 93 кДж/(см 2 год) на испарение воды из океанов. Водяной пар поднимается и конденсируется в водяную пыль с выделением теплоты (2260 кДж/л). Избыток энергии частично расходуется на эмиссию электронов с поверхности водяных капель. В основном эмитируют протоны и капельки воды из кристаллов льда. Протоны эмитируют из более крупных капель к более мелким.

Чистая вода – хороший диэлектрик. Заряды сохраняются долго. Тяжелые отрицательно заряженные капельки образуют нижний слой облаков. Мелкие легкие – верхний. Электростатическое притяжение разноименно заряженных частиц поддерживает сохранность облаков.

Эмиссия протонов возникает и при кристаллизации водяных частиц. Соударение кристаллов льда, снежинок, градин, ветер – приводит к избытку энергии и эмиссии протонов. Атмосферное электричество имеет ту же природу, что и статическое (например, грозы на крайнем севере во время сильных снегопадов или бурь, в облаках возникает сияние и вспышки, свечение, шаровые молнии). Иногда заряжаются провода.

По экспериментальным данным, нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, верхняя – положительный, а бывают облака одного заряда.

Заряд облака образуют мельчайшие одноименно заряженные частицы воды. Электрический потенциал грозового облака составляет десятки миллионов вольт, может достигать и 1 млрд. вольт.

Основная форма релаксации – электрический разряд между облаками и между облаком и землей. Диаметр канала около 1 см, ток в канале десятки килоампер, температура 25000 о С, время разряда – доли секунды.

Первичное воздействие атмосферного электричества – прямой удар молнии – мощный поражающий фактор - механические разрушения зданий, сооружений, деревьев, пожары, взрывы, поражения людей,…. Причина – практически мгновенное превращение воды и веществ в зоне молниевого канала в пар и газ высокой температуры и высокого давления.

Вторичные воздействия атмосферного электричества:

- Электростатическая индукция – наведение заряда противоположного знака на предметах, изолированных от земли, от электростатического заряда облака, в поле которого находятся эти предметы. Индуцируется заряд противоположного знака на крышах, оборудовании, провода ЛЭП, … Заряды сохраняются и после разряда облака. Они могут релаксировать в виде искрового разряда на ближайшие заземленные предметы, и вызвать электротравматизм, взрыв или пожар.

- Электромагнитная индукция – в канале молнии протекает мощный, быстро меняющийся во времени ток, который создает вокруг себя изменяющееся электромагнитное поле. Это поле индуцирует в металлических контурах ЭДС и протекание тока, может вызвать искровой разряд … электротравматизм, взрыв или пожар.

- Занос высоких потенциалов – прямой удар молнии в металлоконструкции (рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП, и т.д.), расположенные на уровне или над уровнем земли, но входящие в здание. Занесение высоких потенциалов в здание приводит к образованию разрядов на заземленное оборудование … электротравматизм, взрыв или пожар.

Защита от атмосферного электричества осуществляется в соответствии с «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. СО 153-34.21.122-2003 » .

Все объекты могут подразделяться на обычные и специальные.

Обычные объекты - жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.

Специальные объекты :

объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения;

объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы);

прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

В табл. 2.1 даны примеры разделения объектов на четыре класса.

Примеры классификации объектов

Таблица 2.1

	Тип объекта	Последствия удара молнии
	Жилой дом	Отказ электроустановок, пожар и повреждение имущества. Обычно небольшое повреждение предметов, расположенных в месте удара молнии или задетых ее каналом
		Первоначально - пожар и занос опасного напряжения, затем - потеря электропитания с риском гибели животных из-за отказа электронной системы управления вентиляцией, подачи корма и т. д.
	Театр; школа; универмаг; спортивное сооружение	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий
	Банк; страховая компания; коммерческий офис	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных
	Больница; детский сад; дом для престарелых	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных. Необходимость помощи тяжелобольным и неподвижным людям
	Промышленные предприятия	Дополнительные последствия, зависящие от условий производства - от незначительных повреждений до больших ущербов из-за потерь продукции
	Музеи и археологические памятники	Невосполнимая потеря культурных ценностей
Специальный с ограниченной опасностью	Средства связи; электростанции; пожароопасные производства	Недопустимое нарушение коммунального обслуживания (телекоммуникаций). Косвенная опасность пожара для соседних объектов
Специальный, представляющий опасность для непосредственного окружения	Нефтеперерабатывающие предприятия; заправочные станции; производства петард и фейерверков	Пожары и взрывы внутри объекта и в непосредственной близости
Специальный, опасный для экологии	Химический завод; атомная электростанция; биохимические фабрики и лаборатории	Пожар и нарушение работы оборудования с вредными последствиями для окружающей среды

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 табл. 2.2.

Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов

Таблица 2.2

Уровень защиты	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.

Соответствие параметров тока молнии и уровней защиты

Таблица 2.3

Параметр молнии	Уровень защиты
Пиковое значение тока I , кА
Полный заряд Q полн, Кл
Заряд в импульсе Q имп, Кл
Удельная энергия W /R , кДж/Ом
Средняя крутизна di /dt 30/90% , кА/мкс

2.3.3. Плотность ударов молнии в землю

Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число поражений 1 км 2 земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта.

Если же плотность ударов молнии в землю N g неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле, 1/(км 2 × год):

N g = 6,7 × Т d /100, (2.1)

где Т d - средняя продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности.

3. ЗАЩИТА ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

3.1. Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащитная система - МЗС) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС).

Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы - стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов) или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью.

Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта.

Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов (спусков) и растекаются в земле.

3.2. Внешняя молниезащитная система

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Таблица 3.1

Уровень защиты	Материал		Сечение, мм 2
		молниеприемника	токоотвода	заземлителя
	Алюминий			Не применяется

3.2.1. Молниеприемники

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2. Естественные молниеприемники

Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:

электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;

толщина металла кровли составляет не менее величины t , приведенной в табл. 3.2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;

толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;

кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;

б) металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);

в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т. п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

г) технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения t , приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниеприемника

Таблица 3.2

3.2.2. Токоотводы

3.2.2.1. Общие соображения

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

а) ток растекался по нескольким параллельным путям;

б) длина этих путей была ограничена до минимума.

3.2.2.2. Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждый конец троса требуется минимум по одному токоотводу.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждую ее опору требуется не менее одного токоотвода.

3.2.2.3. Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в табл. 3.3.

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

Таблица 3.3

Уровень защиты	Среднее расстояние, м

3.2.2.5. Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов. Металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие;

б) металлический каркас здания или сооружения;

в) соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

г) части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм.

Металлическая арматура железобетонных строений считается обеспечивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:

примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);

электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

3.2.3. Заземлители

3.2.3.1. Общие соображения

Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки.

Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными; при этом надо стремиться свести к минимуму их взаимное экранирование.

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям п. 3.2.2.5. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

3.3.2. Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h 0 h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h 0 и радиусом конуса на уровне земли r 0 .

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Рис. 3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.1) радиус горизонтального сечения r x на высоте h x определяется по формуле:

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Таблица 3.4

Надежность защиты Р з	Высота молниеотвода h , м	Высота конуса h 0 , м	Радиус конуса r 0 , м
	От 100 до 150		h
	От 30 до 100		h
	От 100 до 150	h
	От 30 до 100	h	h
	От 100 до 150	h	h

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h 0 h и основанием на уровне земли 2r 0 (рис. 3.2).

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.5) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

L - расстояние между точками подвеса тросов

Полуширина r х зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.2) на высоте h x от поверхности земли определяется выражением:

3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельной величины L max . В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. 3.3. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h 0 , r 0) производится по формулам табл. 3.4 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h 0 и h c , первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L £ L c граница зоны не имеет провеса (h c = h 0). Для расстояний L c £ L ³ L max высота h c определяется по выражению

Входящие в него предельные расстояния L max и L c вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.6, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:

максимальная полуширина зоны r х в горизонтальном сечении на высоте h x :

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Таблица 3.5

Надежность защиты р з	Высота молниеотвода h , м	Высота конуса h 0 , м	Радиус конуса r 0 , м
	От 30 до 100		h
	От 100 до 150		h
	От 30 до 100	h	h
	От 100 до 150	h	h

L max , м

L 0 , м

От 30 до 100

h

От 100 до 150

От 30 до 100

h

h

От 100 до 150

От 30 до 100

h

h

От 100 до 150

4. ЗАЩИТА ОТ ВТОРИЧНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОЛНИИ

4.2. Зоны защиты от воздействия молнии

Пространство, в котором расположены электрические и электронные системы, должно быть разделено на зоны различной степени защиты. Зоны характеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значения параметров электромагнитных полей, токов и напряжений в пространстве зоны.

Зона 0 - зона, где каждый объект подвержен прямому удару молнии, и поэтому через него может протекать полный ток молнии. В этой области электромагнитное поле имеет максимальное значение.

Зона 0 Е - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и также имеет максимальное значение.

Зона 1 - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в зоне 0 Е; в этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.

Две пространственно разделенные зоны 1 с помощью экранированного соединения могут образовать общую зону (рис. 4.2).

Рис. 4.1. Зоны защиты от воздействия молнии: 1 - ЗОНА 0 (внешнее окружение); 2 - ЗОНА 1 (внутренняя электромагнитная обстановка); 3 - ЗОНА 2; 4 - ЗОНА 2 (обстановка внутри шкафа); 5 - ЗОНА 3	Рис. 4.2. Объединение двух зон

4.3. Экранирование

Экранирование является основным способом уменьшения электромагнитных помех.

Металлическая конструкция строительного сооружения используется или может быть использована в качестве экрана. Подобная экранная структура образуется, например, стальной арматурой крыши, стен, полов здания, а также металлическими деталями крыши, фасадов, стальными каркасами, решетками. Эта экранирующая структура образует электромагнитный экран с отверстиями (за счет окон, дверей, вентиляционных отверстий, шага сетки в арматуре, щелей в металлическом фасаде, отверстий для линий электроснабжения и т. п.). Для уменьшения влияния электромагнитных полей все металлические элементы объекта электрически объединяются и соединяются с системой молниезащиты (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Объединение металлических элементов объекта для уменьшения влияния электромагнитных полей:

1 - сварка на пересечениях проводов; 2 - массивная непрерывная дверная рама; 3 - сварка на каждом стержне

ЛЕКЦИЯ 7

Статическое электричество и условия его возникновения

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И
УСЛОВИЯ ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ
Статическое электричество - совокупность явлений,
связанных
с
возникновением,
сохранением
и
релаксацией свободного электрического заряда на
поверхности или в объеме диэлектриков или на
изолированных проводниках.
В процессе производства и эксплуатации изделий из
диэлектрических материалов практически всегда
возникает статическая электризация.
2
Диэлектриками называются такие вещества, в
которых не происходит передвижения зарядов под
действием электрического поля подобно тому, как это
имеет место в проводниках. Эти материалы оказывают
большое сопротивление прохождению через них
электрического тока.

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при
соприкосновении
двух
разнородных
веществ
из-за
различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы
выхода электрона из материалов).
При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и
газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся
поверхностях электрических слоёв с противоположными знаками
электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного
вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают
электроны от другого вещества.
Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей
зависит от ряда факторов - диэлектрических свойств материалов,
значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и
температуры поверхностей этих тел, климатических условий.
При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой
электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счет
совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов
возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.
3
Электрические разряды могут взаимно нейтрализоваться вследствие
некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности
воздуха более 85 % статическое электричество практически не
возникает.

Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если,
например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое
тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс.
Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая
после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд.
Накопителем минус-заряда нередко
являются полиэтиленовые пакеты,
полистироловый пенопласт. Накопителем
плюс-заряда может являться сухая
полиуретановая монтажная пена, если
её сжать рукой.
Когда человек, тело которого
наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например
трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально
4
разрядится, а человек получит легкий удар током.

Электростатический разряд происходит при очень
высоком напряжении и чрезвычайно низких токах.
Даже простое расчесывание волос в сухой день может
привести к накоплению статического заряда с
напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его
освобождения будет настолько мал, что его зачастую
невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие
значения тока не дают статическому заряду нанести
человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.
5
С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны
для элементов различных электронных приборов микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при
работе
с
радиоэлектронными
компонентами
рекомендуется принимать меры по предотвращению
накопления статического заряда.

Возникновение зарядов статического электричества
происходит
при
транспортировании,
сушке,
деформации, дроблении, разбрызгивании веществ,
смешении материалов, переработке и эксплуатации,
под воздействием шума, вибрации, звуковых и
ультразвуковых волн, облучения.
6
Заряды статического электричества могут возникнуть
при соприкосновении или трении твердых материалов,
при размельчении или пересыпании однородных и
разнородных
непроводящих
материалов,
при
разбрызгивании диэлектрических жидкостей, при
транспортировке сыпучих веществ и жидкостей по
трубопроводам и др.

Опасное действие статического электричества в промышленности

ОПАСНОЕ ДЕЙСТВИЕ СТАТИЧЕСКОГО
ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
7
Опасное действие статического электричества
проявляется в возможности пожаров и взрывов от
электростатических зарядов. Пожары и взрывы
создают непосредственную угрозу жизни человека.
Известны случаи пожаров и взрывов, вызванных
разрядами статического электричества на танкерах,
при пневматической транспортировке сыпучих
веществ, загрузке топливозаправщиков и т.п.,
связанные с человеческими жертвами. Особенно
опасны разряды статического электричества в
помещениях,
резервуарах
и
аппаратах,
заполненных горючими паро- и газовоздушными
смесями

Неблагоприятно также воздействие статического
электричества на ряд технологических процессов в
ряде отраслей промышленности. Технологические
помехи нарушают нормальный ход того или иного
процесса,
приводят
к
снижению
производительности труда и браку продукции.
8
Человек
может
подвергаться
длительному
процессу электризации при контактировании с
различного рода предметами, выполненными из
материалов
с
высокими
диэлектрическим
свойствами. К числу подобных источников
электризации относятся: полы, ковры, ковровые
дорожки
из
синтетических
и
других
электронепроводящих материалов.

Действие статического электричества на человека
смертельной опасности не представляет, поскольку
сила тока составляет небольшую величину. Искровой
разряд статического электричества человек ощущает как
толчок или судорогу. При внезапном уколе может
возникнуть
испуг,
и
вследствие
рефлекторных
движений человек может сделать непроизвольно
движения, приводящие к падению с высоты, попаданию
в неограждённые части машин и др. Длительное
воздействие
статического
электричества
неблагоприятно отражается на состоянии здоровья.
9
Вызываемые
статическим
электричеством
неприятные ощущения могут явиться этиологическим
фактором неврастенического синдрома, головной боли,
плохого сна, раздражительности, неприятных ощущений
в области сердца и т.д.

10. Способы защиты от статического электричества

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ
СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Для предупреждения возможности возникновения опасных
искровых разрядов с поверхности оборудования, а также с
тела
человека
предусматривают
следующие
меры,
обеспечивающие
стекание
возникающих
зарядов
статического электричества:
отвод зарядов, достигаемый заземлением оборудования и
коммуникаций,
а
также
обеспечение
постоянного
электрического контакта тела человека с заземлением;
отвод зарядов, обеспечиваемый уменьшением удельных
объемных и поверхностных электрических сопротивлений.
Известны способы увеличения поверхностной и объемной
электропроводности для твердых и жидких диэлектриков;
10
поддержание влажности воздуха не менее 65-75%, если это
допустимо по условиям технологического процесса;

11.

химическая обработка поверхности электропроводными
покрытиями;
нанесение на поверхность антистатических
добавление
антистатических
присадок
в
диэлектрические жидкости;
веществ,
горючие
11
нейтрализация
зарядов,
достигаемая
применением
различных
типов
нейтрализаторов
(индукционных,
высоковольтных, высокочастотных, радиоактивных и др.).

12. Методы борьбы со статическим электричеством при обслуживании средств автоматики и связи, вычислительных машин и пультов

МЕТОДЫ БОРЬБЫ СО СТАТИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ
ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ СРЕДСТВ АВТОМАТИКИ И СВЯЗИ,
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ПУЛЬТОВ УПРАВЛЕНИЯ
Электронные полупроводниковые приборы весьма
чувствительны к электростатическим разрядам: для полевых
транзисторов с изолированным затвором и ИМС опасное
напряжение
составляет
30В,
для
маломощных
высокочастотных транзисторов – 200В. Полупроводниковые
приборы могут повреждаться не только избыточным
напряжением, но и избыточным током, причем персонал
может вызывать оба вида повреждений: как полем
статически заряженного человека, так и переходными токами,
протекающими при его прикосновении.
12
При отсутствии специальной защиты и наличии пластиковых
полов, мебели с покрытием из пластмасс и т.п. на человеке
могут генерироваться значительные потенциалы (до 15 кВ),
представляющие опасность не только для аппаратуры, но и
для персонала.

13.

Эффективным методом борьбы с электризацией является
применение проводящих материалов для покрытия полов,
рабочих
столов,
сидений
(саженаполненные
или
с
металлическими нитями пластмассы, резина).
Практически могут быть использованы маты, коврики, чехлы
и т.п., соединяемые с землей через сопротивление 1-100 МОм.
Персонал должен носить обувь, обеспечивающую контакт с
токопроводящим
полом,
и
антистатическую
одежду,
изготовленную из хлопка, обработанных антистатиком
синтетических материалов электропроводных тканей.
Длинные волосы должны быть убраны под головной убор,
каску.
13
В целях безопасности на случай прикосновения к
токоведущим частям необходимо применять браслеты
металлические
или
из
токопроводящей
ленты,
присоединяемые к земле через резистор 1-10 МОм.

14.

Бороться со статическим электричеством можно также
нанесением на поверхность антистатиков (поверхностноактивных веществ), а также ионизацией воздуха при
коронировании электродов, питаемых от высоковольтного
источника, нейтрализаторами.
14
Для контроля электризации целесообразно использовать
измерительные
приборы:
статические
вольтметры,
динамические электрометры.

15. Основные правила эксплуатации устройств защиты от разрядов статического электричества

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ
УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ РАЗРЯДОВ
СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Согласно
действующим
нормативным
документам,
ответственность за исправность устройств защиты от
статического электричества в цехе возлагается на начальника
цеха, а по заводу - на главного энергетика.
Для каждого цеха (с учетом специфических особенностей) в
технологические инструкции или инструкции по технике
безопасности должны быть включены разделы «Защита от
статического электричества» и «Эксплуатация устройств
защиты от статического электричества».
15
Осмотр и текущий ремонт защитных устройств необходимо
производить одновременно с осмотром и текущим ремонтом
всего технологического и электротехнического оборудования.
Заземляющие устройства при помощи приборов нужно
контролировать не реже одного раза в год. Результаты
ревизии и ремонтов заносятся в специальный журнал.

16. Природа возникновения атмосферного электричества

ПРИРОДА ВОЗНИКНОВЕНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Процессы разделения и накопления электрических зарядов в
облаках связаны с возникновением в них мощных
восходящих
воздушных
потоков,
с
интенсивной
конденсацией водяных паров и разбрызгиванием водяных
капель.
Образующаяся при разбрызгивании мелкая водяная пыль
заряжена отрицательно, а тяжелые капли – положительно.
Ветер разносит отрицательно заряженную водяную пыль,
которая составляет основной массив грозового облака.
16
Крупные положительно заряженные капли воды выпадают в
виде дождя на землю или удерживаются во взвешенном
состоянии,
образуя
в
облаке
местное
скопление
положительных зарядов.

17.

В большинстве случаев нижняя часть грозовых облаков
заряжается
отрицательно,
а
на
поверхности
земли
индуктируются 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 300 В/м), создаются
условия для развития молнии.
Воздействия разрядов молнии могут быть двух видов:
во-первых, молния может поражать здания и установки
непосредственно; такое поражение называется прямым
ударом молнии (первичным воздействием);
17
во-вторых, молния может оказывать вторичные воздействия,
объясняемые
электростатической
и
электромагнитной
индукцией, а также заносом высоких потенциалов через
надземные и подземные металлические коммуникации.

18. Классификация зданий и сооружений по степени опасности их поражения молнией

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ИХ ПОРАЖЕНИЯ
МОЛНИЕЙ
Классификация зданий и сооружений по степени опасности
их поражения молнией и выбору необходимых мер
молниезащиты
учитывает
вероятность
возникновения
взрыва или пожара, а также масштабы возможных
разрушений. На основании «Инструкции по проектированию и
устройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД
34.21.122-87) все здания и сооружения подразделяются на три
категории:
II категория - здания и сооружения с взрывоопасными
зонами, относимыми по ПУЭ к классам В-Iа, В-Iб и В-IIа. Ко II
категории относятся также наружные установки, содержащие
взрывоопасные
газы
и
пары,
горючие
и
легковоспламеняющиеся жидкости (например, газгольдеры,
емкости, сливо-наливные эстакады, реакторы, абсорберы,
ректификационные колонны), относимые по ПУЭ к классу В-Iг.
18
I категория - здания и сооружения с взрывоопасными
зонами, относимыми по ПУЭ к классам В-I и В-II;

19.

19
III категория - здания и сооружения с производствами,
помещения которых по ПУЭ относятся к классам II-I, II-II, и II-IIа.
К III категории относятся также наружные установки,
относимые по ПУЭ к II-III классам; здания и сооружения III, IV и
V
степени
огнестойкости,
в
которых
отсутствуют
производства с помещениями, относимыми по ПУЭ к взрывои пожароопасным; производственные здания и сооружения
сельскохозяйственных предприятий; жилые и общественные
здания, здания детских лагерей, санаториев, больниц, клубов,
театров, дымовые трубы, водонапорные башни и др.

20.

Здания и сооружения I категории защищают отдельно
стоящими или изолированными стержневыми и тросовыми
молниеотводами.
Защита зданий и сооружений II категории от прямых ударов
молнии осуществляется, как правило, молниеотводами,
установленными на самом защищаемом объекте. Если
защищаемое здание имеет металлическую кровлю, то
последнюю можно использовать в качестве молниеприемника
при
условии
прокладки
специальных
токоотводов,
соединяющих кровлю с заземлителем. Защита зданий и
сооружений II категории с неметаллической кровлей может
быть
осуществлена
также
наложением
на
нее
молниеприемной сетки, выполненной из стальной проволоки
диаметром 6-8 мм.
20
Защита зданий и сооружений III категории может быть
выполнена молниеотводами любых систем. Для зданий с
металлической кровлей последнюю можно использовать в
качестве молниеприемника.

21.

Молниеотвод представляет собой возвышающееся над
защищаемым
объектом
металлическое
устройство,
воспринимающее прямой удар молнии и отводящее токи
молнии в землю.
Каждый молниеотвод, независимо от типа, состоит из
следующих
основных
элементов:
молниеприемника,
воспринимающего
прямой
удар
молнии,
несущей
конструкции,
предназначенной
для
установки
молниеприемника, токоотвода, обеспечивающего отвод тока к
заземлителю, и заземлителя, отводящего ток молнии в землю.
На металлических или железобетонных молниеотводах в
качестве токоотводов могут служить металлическая ферма
или стальная арматура несущей конструкции.
21
Защитное действие молниеотвода основано на свойстве
молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные
металлические сооружения.

22.

22

23.

Молниезащита деревянных домов осуществляется так же, как
и домов сельского типа, т.е. молниезащита дома с железной
крышей,
к
которому
подходят
провода
воздушной
электросети, выполняется заземлением крыши в двух
противоположных углах дома.
Для защиты кирпичной дымовой трубы по периметру верхней
ее грани прокладывается стальная проволока диаметром 8 –
10 мм, присоединяемая к крыше. Импульсное сопротивление
каждого заземлителя должно быть не более 20 Ом.
Для защиты дома с неметаллической крышей по коньку
крыши и пристройки прокладывается молниеприемник –
стальная проволока диаметром 8-10 мм к заземлителю.
Защита трубы осуществляется так, как было уже сказано.
23
Крюки изоляторов электропроводки на доме должны быть
отсоединены металлической проволокой с токоотводом,
идущим от крыши к заземлителю. Крюки также должны быть
заземлены на ближайшей к дому деревянной опоре линии.
Сопротивление заземления должно быть не более 20 Ом.

24.

24

25.

Линейные
молнии
представляют
собой
электрические разряды между облаками или между
облаком и землей.
Они происходят за десятитысячные доли секунды.
Обычно это разветвленные и ярко светящиеся
разряды,
сопровождающиеся
громом
и
протеканием тока на десятки и сотни километров.
Линейная молния наиболее опасна при прямом
ударе, который чаще всего происходит в предметы,
имеющие
большую
высоту,
чем
другие,
расположенные поблизости.
25
Однако молния может чаще ударять и в предметы,
которые находятся над зонами с хорошей
электрической
проводимостью
грунта:
места
выхода ключей, берега рек с близким к поверхности
расположением грунтовых вод.

26.

Поэтому
человеку,
застигнутому
грозой
на
холмистой местности, не следует находиться не
только на вершинах холмов, но и в лощинах.
Лучше переждать грозу на склоне холма, особенно
среди больших камней или у песчаных откосов, там
электрическое сопротивление грунта больше и
вероятность попадания молнии меньше.
Нельзя укрываться вблизи одиноко стоящих
деревьев, кустов, прислоняться к стогам сена,
купаться.
В лесу для укрытия надо пользоваться более
низкими деревьями, не прислоняясь к их стволам.
Во время грозы не следует ходить босяком.
присесть,
26
На открытом месте рекомендуется
накрывшись чем-нибудь, но не бежать.

27.

Шаровая молния. Иногда в атмосфере вблизи
земли наблюдается светящиеся тела, плавающие в
воздухе и известные под названием шаровых
молний. Они быстро появляются в конце грозы с
шипящим, свистящим или жужжащим звуком.
Эти молнии представляют собой шаровидные или
грушевидные тела из раскаленных газов диаметром
от нескольких миллиметров до 20 см красного или
ослепительно белого цвета.
27
Природа шаровой молнии не вполне изучена.
Предполагают, что это пламенное образование с
температурой
50000С.
Продолжительность
существования шаровой молнии составляет от
долей секунды до нескольких минут (среднее
время 3-5 с). Скорость движения шаровой молнии
около 2 м/с.

28.

Известны единичные случаи, когда шаровая молния проникала в
здание через узкую щель, в замочную скважину, по
электропроводке
или
просто
образовывались
внутри
помещения, однако чаще всего шаровые молнии проникают в
помещения через открытые окна или двери, щели и дымовые
трубы. Покружившись в помещении, шаровая молния обычно
покидает его по тому же пути, по которому она проникла в него.
Иногда шаровые молнии оседают на хорошо проводящие
предметы или катятся по ним.
Шаровая молния может прекратить свое существование
постепенно и тихо, но чаще она взрывается без видимой
причины или столкнувшись с чем-либо. Передвигаясь по телу
человека, иногда под одеждой, шаровая молния вызывает
тяжелые ожоги. В ряде случаев шаровая молния вызывала
сильные
разрушения
при
соприкосновении
с
хорошо
заземленными предметами.
Во время грозы следует закрывать окна, двери, печные трубы.
Однако достаточно надежных методов защиты от шаровой
молнии пока не предложено.
28
При взрыве шаровой молнии возникает воспламенение горючих
предметов, механические повреждения и иногда гибель людей.

Нажав на кнопку "Скачать архив", вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку "Скачать архив"

Подобные документы

Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты. Особенности классификации воздействий токов молнии. Комплекс средств молниезащиты. Характеристика внешней молниезащитной системы. Принцип действия молниеприемников, токоотводов, заземлителей.

реферат , добавлен 02.03.2011


Понятие и принципы построения молниезащиты как системы связанных составляющих защиты дома и дорогостоящего оборудования от попадания молнии в строение или электропровода. Классификация зданий и сооружений по устройству. Правила расположения токоотводов.

курсовая работа , добавлен 25.04.2015


Способы предупреждения и защиты от поражения электрическим током: защитное зануление, заземление и отключение. Устройства и типичные схемы молниезащиты систем электроснабжения. Конструктивные отличия молниеотводов. Понятие статического электричества.

курсовая работа , добавлен 13.04.2012


Понятие и определение основных причин пожаров и взрывов. Техника тушения пожаров: методы, оборудование, средства, огнетушители. Пути и правила эвакуации людей. Пожарная связь и сигнализация. Методы защиты от статического и атмосферного электричества.

презентация , добавлен 24.07.2013


Причины и источники появления статического электричества, влияния этого вида электричества на здоровье человека, способы защиты. Молния как непременный атрибут грозы, последствия, ущерб от этого природного явления, человеческие жертвы, способы защиты.

презентация , добавлен 09.12.2012


Основные сведения о разрядах молнии и их параметрах. Характеристики грозовой деятельности. Опасные воздействия молнии. Классификация защищаемых от молнии объектов. Средства и способы молниезащиты (внешние и внутренние). Характеристика грозозащитных зон.

курсовая работа , добавлен 26.07.2015


Причины возникновения статического электричества. Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте. Воздействие статического электричества на организм человека. Средства защиты от статического электричества.

реферат , добавлен 16.05.2008


Понятие молнии: природа, появление, непредсказуемость поведения. Происхождение и характеристика линейной молнии, возникновение пожаров при её разряде и гибель людей. Специальные меры безопасности и защиты от поражения при наличии грозовых признаков.

Защита от атмосферного и статического электричества.

Атмосферное электричество. Разряды атмосферного и статического электричества могут явиться причиной поражения людей током, возникновения пожаров и взрывов.

Особенно подвержены поражению молнией объекты, значительно возвышающиеся над земной поверхностью (мачты, надстройки судов, трубы заводов, высотные здания). В этих местах резко возрастает напряженность электрического поля, что и способствует возникновению благоприятных условий для разряда. Токи атмосферного электричества всегда избирают к земле кратчайшийпуть наименьшего сопротивления. Это обстоятельство используется для создания заранее запрограммированного пути разряда молнии в землю через металлические мачты, поднятые над защищаемым объектом. Такие устройства назвали молниеотводами.

прямыми ударами молнии, электрической индукции (вторичное воздействие) без прямого контакта с каналом молнии. Электромагнитная индукция сопровождается возникновением в пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Это магнитное поле индуцирует в замкнутых контурах, образованных металлическими конструкциями (электропровода, трубопроводы и пр.), электрические токи, вызывающие их нагревание.

Для предохранения наземных объектов от разрушения и пожаров, вызываемых молнией, выполняется комплекс защитных мероприятий, называемых молниезащитой. Основной элемент молниезащиты - применение системы молниеотводов, которые в зависимости от вида молниеириемника подразделяются на стержневые, тро­совые и сетчатые.

Составные части молниеотвода: молниеприемник, собственно молниеотвод и заземлитель. Все эти части ме­таллические.

Наиболее простой и надежной системой молниезащиты является стержневая, представляющая собой металлические хорошо заземленные стержни, прикрепленные к мачтам или опорам.





Зоной защиты

Дело в том, что при прямом попадании молнии в радиоантенну в ней может индуктироваться э. д. с. опасного для людей и оборудования уровня. Поэтому во время грозы начальник радиостанции обязан прекратить работу радиоузла и заземлить антенны.

Статическое электричество. Многие производственные процессы на флоте сопровождаются явлением статической электризации. Заряды статического электричества образуются при трении двух диэлектриков или диэлектрика о металл. В связи с широким применением в современном судостроении пластмасс и других полимерных материалов для изготовления арматуры и элементов отделки судовых помещений заряды статического электричества на судах стали достигать опасных значений.

путь наименьшего сопротивления. Это обстоятельство используется для создания заранее запрограммированного пути разряда молнии в землю через металлические мачты, поднятые над защищаемым объектом. Такие устройства назвали молниеотводами.

Грозовые разряды могут поражать наземные объекты прямыми ударами молнии, разрушая их (первичное воздействие), а также влиять на них в виде электричской индукции (вторичное воздействие) без прямого контакта с каналом молнии. Электромагнитная индук­ция сопровождается возникновением в пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Это магнитное поле индуцирует в замкнутых контурах, образованных металлическими конструкциями (электропроводка, трубопроводы и пр.), электрические токи, вызывающие их нагревание.

Особую опасность может представлять э.д. с, возникающая в незамкнутых и незаземленных контурах судов, перевозящих нефтепродукты и другие опасные грузы. Возможное искрение может стать причиной взрывов и пожаров на судах.

Для защиты от искрения при электрической индукции рекомендуют для конструктивных мер: соединение металлическими перемычками параллельно проложенных кабелей и труб, заземление оболочек кабелей и трубопроводов в местах ввода их в здания и т. д.

Для предохранения наземных объектов от разрушения и пожаров, вызываемых молнией, выполняется комп­екс защитных мероприятий, называемых молниезащи-той. Основной элемент молниезащиты - применение системы молниеотводов, которые в зависимости от вида молниеириемника подразделяются на стержневые, тросовые и сетчатые.

Составные части молниеотвода: молниеприемник, собственно молниеотвод и заземлитель. Все эти части металлические.

Наиболее простой и надежной системой молниеза­щиты является стержневая, представляющая собой металлические хорошо заземленные стержни, прикрепленные к мачтам или опорам.

Судовые молниезащитные устройства в принципе не отличаются от береговых. Каждая мачта на судне снабжается молниеотводом. Объект считается защищенным от прямых ударов молнии, если зона защиты, образуемая молниеотводом, охватывает все его конструктивные элементы.

Зоной защиты называют пространство, образуемое вокруг каждого молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое практически равна нулю.

Судовые радиоантенны, как правило, находятся в зоне защиты стержневых молниеотводов, прикрепленных к мачтам. Однако несмотря на это, во время грозы необходимо принять все меры предосторожности для защиты радиоаппаратуры и обслуживающего ее персонала от грозовых разрядов. Дело в том, что при прямом попадании молнии в радиоантенну в ней может ин­дуктироваться э. д. с. опасного для людей и оборудования уровня. Поэтому во время грозы начальник радиостанции обязан прекратить работу радиоузла и заземлить антенны.

Статическое электричество. Многие производственные процессы на флоте сопровождаются явлением статической электризации. Заряды статического электричества образуются при трении двух диэлектриков или диэлектрика о металл. В связи с широким при­менением в современном судостроении пластмасс и других полимерных материалов для изготовления арматуры и элементов отделки судовых помещений заряды статического электричества на судах стали достигать опасных значений.

Возникновение статического электричества обычно связано с движением газов, паров, пыли по вентиляци-

онным каналам, огнеопасных жидкостей по трубопрово­дам, при трении твердых веществ. При этом разность потенциалов статического электричества может дости­гать 20-50 кВ. Опасность этого явления очевидна, если принять во внимание, что при разности потенциалов, равно 3 кВ, искровой электростатический разряд мо­жет воспламенить большинство горючих газов, а при 5 кВ - большую часть горючей пыли. Таким образом, при перевозке опасных грузов статическое электричест­во может стать причиной пожара или даже гибели судна.

Возможность электризации до высоких потенциалов зависит от электропроводимости веществ, их химиче­ского состава, состояния окружающей среды, скорости относительного перемещения частиц.

В некоторых случаях накопителем статического элек­тричества становится человек. Электрический потенци­ал может появиться при длительном хождении челове­ка в сухую погоду в резиновой обуви по бетону, асфаль­ту, по полу с синтетическим покрытием. Электризация тела человека происходит также в процессе ношения им одежды из синтетических материалов (капрон, ацетат­ный шелк, нейлон), прочно вошедших в быт современ­ных людей.

Биологическое воздействие статического электриче­ства на человека еще полностью не изучено. Определена приблизительная норма допустимой (безвредной) на­пряженности электрического поля, созданного электро­статическим зарядом. Согласно Санитарным правилам напряженность поля статического электричества, гене­рируемого на поверхности полимерного материала, с которым контактирует человек, не должна превышать 200 В/см.

На судах воздействие статического электричества на человека выражается в угнетенном состоянии его психики, снижении работоспособности, а также в неприятных, болевых ощущениях от электрических разрядов при касании поверхностей, отделанных пластиками. Известны случаи пожаров, возникших от искровых разрядов при прикосновении наэлектризованного тела человека к пожароопасному объекту.

Для борьбы со статическим электричеством разработан комплекс конструктивных и технологических мер, получивших отражение в Правилах по защите от статического электричества на морских судах, которые введены в действие с 1 октября 1973 г. Правилами, в частности, запрещено использование на судах, перевозящих опасные грузы (танкерах, газовозах), постельного белья, занавесей, ковриков и других предметов из синтетических тканей. Членам экипажей таких судов не рекомендуется носить в рейсах белье и одежду из искусствен­ного волокна. Перед швартовкой синтетические швартовные канаты рекомендуется смачивать забортной водой для снижения вероятности образования электростатических зарядов.

Одним из основных видов защиты от статического электричества является заземление. Необходимо заземлять все изолированные части оборудования, в том числе шланги и трубопроводы, предназначенные для приема и слива огнеопасных жидкостей, а также емкости для хранения и перевозки сжиженных газов и других опасных грузов. На танкерах должны быть предусмотрены устройства для присоединения металлических заземлителей, соединенных с наконечниками приемных шлангов.

Специальные шины, проложенные вдоль шлангов, должны быть надежно соединены между собой и с корпусом судна. Не допускается наличие каких-либо плавающих предметов на поверхности пожароопасных жидкостей. Поплавковые измерители уровней жидкости необходимо крепить таким образом, чтобы исключить возможность отрыва их и удара в стенки цистерны во

избежание искрового разряда. Подачу огнеопасных жид­костей необходимо осуществлять плавно, без разбрызгиваний и таким образом, чтобы исключить образова­ние свободно падающей струи. Поэтому сливная труба должна достигать дна приемного резервуара, а струя направляться вдоль его стенок. Не рекомендуется производить отбор проб жидкости на анализ во время налива и слива. Это можно делать только тогда, когда жидкость успокоится и ее поверхность будет ровной.

Установлено, что статическая электризация диэлектриков может быть уменьшена и устранена путем увеличения их поверхностной проводимости. Поверхностную проводимость можно увеличить повышением относительной влажности воздуха и применением антистатических присадок к пластмассам.

Повышенная влажность воздуха в помещении (70% и выше) способствует резкому увеличению проводимости предметов. В таких условиях электрические заряды по мере их образования стекают с поверхности полимерных материалов и нейтрализуются. При достижении относительной влажности воздуха 90% заряды Статического электричества практически исчезают.

Снижение вероятности накопления электростатиче­ских зарядов достигается также созданием временной или постоянной поверхностной пленки из веществ (антистатиков), обладающих высокой электрической проводимостью. Применение полупроводниковых керамических покрытий, а также нанесение на поверхности деталей покрытий из окисла олова, хлорида олова и других веществ способствует повышению электрической проводимости материалов.

Кроме того, при уменьшении скорости движения жидкостей или газов, а также ионизации воздуха или среды предотвращается достижение электростатическим потенциалом опасного уровня. Воздух можно ионизировать с помощью радиоактивного излучения.

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА И ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках - образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состоянии.

Площадь океанов и морей составляет 71 % поверхности земного шара. Каждый 1 см 2 поверхности Земли в течение года в среднем получает 460 кДж солнечной энергии. Подсчитано, что из этого количества 93 кДж/(см*год) расходуется на испарение воды с поверхности водных бассейнов. Поднимаясь вверх, водяные пары охлаждаются и конденсируются в мельчайшую водяную пыль, что сопровождается выделением теплоты парообразования (2260 кДж/л). Образовавшийся избыток внутренней энергии частично расходуется на эмиссию частиц с поверхности мельчайших водяных капелек. Для от

деления от молекулы воды протона (Н) требуется 5,1 эВ, для отделения электрона -12,6 эВ, а для отделения молекулы от кристалла льда достаточно 0,6 эВ, поэтому основными эмитируемыми частицами являются молекулы воды и протоны. Количество эмитируемых протонов пропорционально массе частиц. Результирующий поток протонов всегда направлен от более крупных капелек к мелким. Соответственно более крупные капельки приобретают отрицательный заряд, а мелкие - положительный. Чистая вода - хороший диэлектрик и заряды на поверхности капелек сохраняются длительное время. Более крупные тяжелые отрицательно заряженные капельки образуют нижний отрицательно заряженный слой облака. Мелкие легкие капельки объединяются в верхний положительно заряженный слой облака. Электростатическое притяжение разноименно заряженных слоев поддерживает сохранность облака как целого.

Эмиссия протонов возникает дополнительно при кристаллизации водяных частиц (превращении их в снежинки, градинки), так как при этом выделяется теплота плавления, равная 335 кДж/л. При соударениях капелек, снежинок, градинок работа ветра в конечном счете приводит к эмиссии протонов, к изменению величины заряда частиц. Следовательно, атмосферное электричество (АтЭ) и статическое электричество (СтЭ) имеют одинаковую физическую природу. Различаются они масштабом образования зарядов и знаком эмитируемых частиц (электроны или протоны).

О единстве природы АтЭ и СтЭ свидетельствуют опытные данные. Сухой снег представляет собой типичное сыпучее тело; при трении снежинок друг о друга и их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться, что и происходит в действительности. Наблюдения на Крайнем Севере и в Сибири показывают, что при низких температурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, в облаках снежной пыли бывают виднысиние и фиолетовые вспышки, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень;ильные метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подк:лючаемые к ним электролампочки светятся полным накалом. Те же явления наблюдаются во время сильных пыльных (песчанных) бурь.

Наличие множества взаимодействующих факторов дает сложную картину распределения зарядов АтЭ в облаках и их частях. По экспериментальным данным нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, а верхняя - положительный, но может иметь место и противоположная полярность частей облака. Облака могут также нести преимущественно заряд одного знака.

Заряд облака (части облака) образуют мельчайшие одноименно заряженные частицы воды (в жидком и твердом состоянии), размещенные в объеме нескольких км 3 .

Электрический потенциал грозового облака составляет десятки миллионов вольт, но может достигать 1 млрд. В. Однако общий заряд облака равен нескольким кулонам.

Основной формой релаксации зарядов АтЭ является молния- электрический разряд между облаком и землей или между облаками (частями облаков). Диаметр канала молнии равен примерно 1 см, ток в канале молнии составляет десятки килоампер, но может достигать 100 кА, температура в канале молнии равна примерно 25 000°С, продолжительность разряда составляет доли секунды.

Молния является мощным поражающим опасным фактором. Прямой удар молнии приводит к механическим разрушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызывает пожары и взрывы, является прямой или косвенной причиной гибели людей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и вещества в пар высокого давления на путях протекания тока молнии в названных объектах. Прямой удар молнии называют первичным воздействием атмосферного электричества.

К вторичному воздействию АтЭ относят: электростатическую и электромагнитную индукции; занос высоких потенциалов в здания и сооружения.

Рассмотрим опасные факторы вторичного воздействия АтЭ. Образовавшийся электростатический заряд облака наводит (индукцирует) заряд противоположного знака на предметах, изолированных от земли (оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши зданий, провода ЛЭП, радиосети и т. п.). Эти заряды сохраняются и после удара молнии. Они релаксируют обычно путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. В этом заключается опасность электростатической индукции.

Явление электромагнитной индукции заключается в следующем. В канале молнии протекает очень мощный и быстро изменяющийся во времени ток. Он создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле индуцирует в металлических контурах электродвижущую силу разной величины. В местах сближения контуров между ними могут происходить электрические разряды, способные воспламенить горючие смеси и вызвать электротравматизм.

Занос высоких потенциалов в здание происходит в результате прямого удара молнии в металлокоммуникации, расположенные на уровне земли или над ней вне зданий, но входящие внутрь зданий. Здесь под металлокоммуникациями понимают рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП и т. п. Занесение высоких потенциалов внутрь здания сопровождается электрическими разрядами на заземленное оборудование, что может привести к воспламенению горючих смесей и электротравматизму людей.

ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Требуемая степень защиты зданий, сооружений и открытых установок от воздействия атмосферного электричества зависит от взрывопожароопасности названных объектов и обеспечивается правильным выбором категории устройства молниезащиты и типа зоны защиты объекта от прямых ударов молнии.

Степень взрывопожароопасности объектов оценивается по классификации Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты СН 305- 77 устанавливает три категории устройства молниезащиты (I, II, III) и два типа (А и Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5 % молний, а типа Б - не менее 95 %.

По I категории организуется защита объектов, относимых по классификации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов В-1 и В-П (см. гл. 20). Зона защиты для всех объектов (независимо от места расположения объекта на территории СССР и от интенсивности грозовой деятельности в месте расположения) применяется только типа А.

По II категории осуществляется защита объектов, относимых по классификации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов В-1а, В-16 и В-Па. Тип зоны защиты при расположении объектов в местностях со средней грозовой деятельностью 10 ч и более в год определяется по расчетному количеству N поражений объекта молнией в течение года:

при N<=1 достаточна зона защиты типа Б; при N> 1 должна обеспечиваться зона защиты типа А. Порядок расчета величины N показан в нижеприведенном примере. Для наружных технологических установок и открытых складов, относимых по ПУЭ к зонам класса В-1г, на всей территории СССР (без расчета N) принимается зона защиты типа Б.

По III категории организуется защита объектов, относимых по ПУЭ к пожароопасным зонам классов П-1, П-2 и П-2а. При расположении объектов в местностях со средней грозовой деятельностью 20 ч и более в год и при N> 2 должна обеспечиваться зона защиты типа А, в остальных случаях - типа Б. По III категории осуществляется также молниезащита общественных и жилых зданий,башен, вышек, труб, предприятий, зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения. Тип зоны защиты этих объектов определяется в соответствии с указаниями СН 305-77.

Объекты I и II категорий устройства молниезащиты должны быть защищены от всех четырех видов воздействия атмосферного электричества, а объекты III категории - от прямых ударов молнии и от заноса высоких потенциалов внутрь зданий и сооружений.

Защита от электростатической индукции заключается в отводе индуцируемых статических зарядов в землю путем присоединения металлического оборудования, расположенного внутри и вне зданий, к специальному заземлителю или к защитному заземлению электроустановок; сопротивление заземлителя растеканию тока промышленной частоты должно быть не более 10 Ом.

Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами и другими протяженными металлокоммуникациями в местах их сближения на расстояние 10 см и менее через каждые 20 м устанавливают (приваривают) металлические перемычки, по которым наведенные токи перетекают из одного контура в другой без образования электрических разрядов между ними.

Защита от заноса высоких потенциалов внутрь зданий обеспечивается отводом потенциалов в землю вне зданий путем присоединения металлокоммуникации на входе в здания к заземлителям защиты от электростатической индукции или к защитным заземлениям электроустановок.

Для защиты объектов от прямых ударов молнии сооружаются молниеот-воды, принимающие на себя ток молнии и отводящие его в землю.

Объекты I категории молниезащиты защищают от прямых ударов молнии отдельно стоящими стержневыми, тросовыми молниеотводами или молниеотводами, устанавливаемыми на защищаемомобъекте, но электрически изолированными от него.