Bliksembeveiliging van gebouwen en installaties

Ontlading van bliksem uit atmosferische elektriciteit kan isolatieschade, ongevallen in elektrische installaties, ongevallen met mensen en vernieling van gebouwen en constructies veroorzaken.

Het verschijnen van bliksem

Wanneer de zon het aardoppervlak verwarmt, ontstaan ​​opwaartse luchtstromen verzadigd met waterdamp. Kleinere waterdeeltjes zijn negatief geladen, grotere zijn positief geladen.

Onder invloed van wind en zwaartekracht ontstaat er een scheiding van tegengesteld geladen deeltjes. Waterdeeltjes in wolken die tot een hoogte van meer dan 5 km stijgen, bevriezen en storten in. Positief geladen kristallen bevinden zich in het bovenste deel van de wolk, op een hoogte van 5-7 km, negatief geladen - op een hoogte van 2-5 km. Als gevolg van de scheiding van ladingen in de wolken worden de zogenaamde gevormd. Ruimteladingen en verschillende delen van de onweerswolk hebben verschillende ladingswaarden en tekens. Ladingen van de onderkant van de wolk veroorzaken ladingen van het tegenovergestelde teken op de grond.

Tussen de wolken en de grond, maar ook tussen verschillende delen van de wolk of tussen verschillende wolken, ontstaan ​​velden van hoge intensiteit - enkele tienduizenden volt per centimeter. Bij een veldsterkte van ongeveer 30 kV / cm vindt ionisatie van de lucht plaats, een doorbraak begint - de zogenaamde leiderontlading (een zwak gloeiend kanaal met een diameter van 10-20 m), bewegend met een gemiddelde snelheid van 200- 300km/sec.

Onder invloed van het veld kunnen ladingen op de grond — in gebieden met verhoogde geleidbaarheid (natte plaatsen, elektrisch geleidende lagen, enz.) of met hoge objecten (heuvels, schoorstenen, watertorens, palen, hoogspanningskabels, bomen, de vlakte, enz. .) - ga naar de bestuurder toe.

De geleider wordt gericht op het object ten opzichte waarvan de elektrische veldspanning het grootst is en dan treedt een krachtige tegenontlading op, die zich voortplant met een snelheid die vergelijkbaar is met de snelheid van het licht (fig. 1). Bovendien gaat in minder dan een tienduizendste van een seconde een stroom van honderdduizenden ampères door de aangetaste structuur, onder invloed waarvan het plasma opwarmt tot enkele tienduizenden graden en helder begint te gloeien.

Het lichteffect van de uitwerping wordt waargenomen als bliksem en de explosieve uitzetting van lucht in het uitlaatkanaal produceert een geluidseffect - donder.

Rijst. 1. Schema van het proces van elektrificatie van een onweerswolk en de ontwikkeling van een bliksemontlading naar een grondobject.

Uit metingen blijkt dat ongeveer 3/4 van de ontladingen afkomstig is van de negatief geladen delen van de wolk en 1/4 van de ontladingen van de positief geladen gebieden. Na de eerste kunnen er meerdere opeenvolgende ontladingen optreden.

Bliksemontladingen worden gekenmerkt door de volgende parameters:

• stroomamplitude — de meest waargenomen stroom is 10–30 kA, bij 5–6% van de metingen bereikt de stroom 100–200 kA;

• lengte van het golffront — de duur van de stijging van de bliksemstroom tot zijn maximale waarde (meestal 1,5-2 μs).

Veel minder vaak wordt bolbliksem waargenomen, een gloeiende plasmabal met een diameter van maximaal een halve meter, langzaam bewegend onder invloed van luchtstromen op het aardoppervlak. Bolbliksem dringt gebouwen binnen via schoorstenen, ramen, deuren.

Als balbliksem een ​​levend organisme raakt, zijn er dodelijke verwondingen, ernstige brandwonden en bij contact met constructies vinden explosies en mechanische vernietiging van objecten plaats. De aard van bolbliksem wordt nog steeds niet goed begrepen.

Invloed van bliksem op gebouwen en constructies

Een directe blikseminslag veroorzaakt het splijten van steunen, het smelten van constructies, ontsteking en explosie, mechanische vernietiging, onaanvaardbare verhitting van metalen constructies door bliksem die er doorheen gaat in de grond. Volgens operationele gegevens brandt bliksem door plaatwerk met een dikte van 4 mm.

Elektrostatische inductie manifesteert zich in het creëren van een hoog potentieel op geïsoleerde metalen constructies en draden, wat leidt tot de vernietiging van de grond, wat op zijn beurt elektrische schokken kan veroorzaken bij mensen, ontsteking en explosie van explosieve mengsels, evenals schade aan de isolatie in elektrische installaties.

Elektromagnetische inductie manifesteert zich in inductie tijdens ontladingsstroom op strekmetaalconstructies en communicaties (balken, rails, pijpleidingen, enz.), geïsoleerd van elkaar en van de grond, die een vonk of boog kunnen veroorzaken.

In het geval van een bliksemontlading worden ook hoge potentialen geïntroduceerd langs externe grondstructuren en communicaties.

Gebouwen en voorzieningen moeten, afhankelijk van hun doel en de intensiteit van bliksemactiviteit in het gebied van hun locatie, worden beschermd tegen bliksemschade of secundaire effecten veroorzaakt door bliksemontlading.

Het gebied van de Oeral tot Krasnoyarsk en ten zuiden van Krasnoyarsk, van Krasnoyarsk tot Khabarovsk, behoort tot gebieden met een gemiddelde duur van onweersactiviteit van 40 tot 60 uur. In de regio ten noorden van Krasnoyarsk, van Krasnoyarsk tot Nikolaevsk aan de Amoer, duurt de onweersbui gemiddeld 20 tot 40 uur. Verhoogde onweersactiviteit van 60 tot 80 uur per jaar wordt waargenomen in de regio's van Boven-Altai (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Bliksembeveiliging van gebouwen en constructies moet worden uitgevoerd volgens projecten die zijn ontwikkeld door gespecialiseerde organisaties.

Bescherming tegen directe blikseminslag. Bliksemafleider dekkingsgebied

De werking van bliksembeveiligingsinrichtingen bestaat erin dat een metalen bliksemafleider die erboven uittorent, nabij het beschermde object wordt geïnstalleerd, betrouwbaar verbonden met de grond. Wanneer een bliksemontlading optreedt, nadert de geleider die naar de grond snelt het hoogste punt van verhoogde geleidbaarheid (het bovenste deel van de geaarde bliksemafleider dient als zodanig punt) en de ontlading vindt plaats naar de bliksemafleider, waarbij het beschermde object wordt omzeild.

De beschermende zone van een bliksemafleider met een enkele staaf van hoogte h is een kegel met een hoogte van 0,92 h met een basis in de vorm van een cirkel met een straal van 1,5 h (fig. 2).

Alle constructies die in de kegel passen, worden beschermd tegen een directe blikseminslag met een betrouwbaarheid van minimaal 95% (Zone B).Binnen een kegel met een hoogte van 0,85 uur en een basisstraal van 1,1 uur is de beschermingsbetrouwbaarheid 99,5%. (Zone A).

Rijst. 2. Bliksembeveiligingszones met enkele staaf. A - beschermingszone met 99,5% betrouwbaarheid; B - beschermingszone met 95% betrouwbaarheid; 1 — bliksemafleider; 2 — beschermd object.

Als het sitegebied groter is dan het beschermde gebied, is het noodzakelijk om de hoogte van de bliksemafleider te vergroten of meerdere bliksemafleiders te installeren.

Bescherming tegen secundaire effecten van bliksem

De belangrijkste maatregel om het optreden van hoge spanningen in gebouwen of constructies als gevolg van elektrostatische inductie tijdens atmosferische ontladingen tegen te gaan, is het aarden van alle geleidende elementen van het gebouw.

Om invloed weg te nemen elektromagnetische inductie in langwerpige metalen elementen (pijpleidingen, metalen constructies, enz.), Deze laatste zijn betrouwbaar verbonden met metalen bruggen.

Om de overdracht van high potentials via lucht- en ondergrondse communicatie te elimineren, worden de ingangen van stroom-, radio-, signalerings- en communicatienetwerken geïmplementeerd door kabel- en klepbegrenzers (bijvoorbeeld RVN-0.5) en vonkbruggen, die worden geactiveerd wanneer de spanningsverhogingen zijn geïnstalleerd.