Молниязащита

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 Введение………………………………………………………………………...

1Термины  и определения…………………………………………………….....

2 Нормативные  ссылки……………………………………………………….....

3 Общие  сведения о молнии……………………………………………………

3.1 Физическая  сущность явления……………………………………………..

3.2 Основные  характеристики и их размерность……………………………..

3.3 Основные  методы защиты………………………………………………….

4 Параметры  токов молнии………………………………………………….….

4.1 Классификация воздействий токов молнии………………………………

4.2 Параметры  токов молнии, предлагаемые для  нормирования средств защиты  от прямых ударов молнии…………………………………………….

4.3 Плотность  ударов молнии в землю………………………………………..

4.4 Параметры  токов молнии, предлагаемые для  нормирования средств защиты  от электромагнитных воздействий  молнии………………………….

5 Классификация  зданий и сооружений по устройству  молниезащиты….....

6 Расчет зоны защиты молниеотводов…………………………………………

Заключение……………………………………………………………………....

 

 

 

 

 

 

 

1 Термины и определения

Удар  молнии в землю - электрический разряд атмосферного происхождения между  грозовым облаком и землей, состоящий  из одного или нескольких импульсов  тока.

Точка поражения - точка, в которой молния соприкасается  с землей, зданием или устройством  молниезащиты. Удар молнии может иметь  несколько точек поражения.

Защищаемый  объект - здание или сооружение, их часть  или пространство, для которых  выполнена молниезащита, отвечающая требованиям настоящего норматива.

Устройство  молниезащиты - система, позволяющая  защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние и внутренние устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние  или только внутренние устройства.

Устройства  защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) - комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Устройства  защиты от вторичных воздействий  молнии - устройства, ограничивающие воздействия  электрического и магнитного полей  молнии.

Устройства  для выравнивания потенциалов - элементы устройств защиты, ограничивающие разность потенциалов, обусловленную растеканием  тока молнии.

Молниеприемник - часть молниеотвода, предназначенная  для перехвата молний.

Токоотвод (спуск) - часть молниеотвода, предназначенная  для отвода тока молнии от молниеприемника  к заземлителю.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя  и заземляющих проводников.

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

Заземляющий контур - заземляющий проводник в  виде замкнутой петли вокруг здания в земле или на ее поверхности.

Сопротивление заземляющего устройства - отношение  напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя  в землю.

Напряжение  на заземляющем устройстве - напряжение, возникающее при стекании тока с  заземлителя в землю между  точкой ввода тока в заземлитель  и зоной нулевого потенциала.

Соединенная между собой металлическая арматура - арматура железобетонных конструкций  здания (сооружения), которая обеспечивает электрическую непрерывность.

Опасное искрение - недопустимый электрический  разряд внутри защищаемого объекта, вызванный ударом молнии.

Безопасное  расстояние - минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при котором между ними не может  произойти опасного искрения.

Устройство  защиты от перенапряжений - устройство, предназначенное для ограничения  перенапряжений между элементами защищаемого  объекта (например, разрядник, нелинейный ограничитель перенапряжений или иное защитное устройство).

Отдельно  стоящий молниеотвод - молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы  путь тока молнии не имел контакта с  защищаемым объектом.

Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте - молниеотвод, молниеприемники и  токоотводы которого расположены таким  образом, что часть тока молнии может  растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.

Зона  защиты молниеотвода - пространство в  окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность  удара молнии в объект, целиком  размещенный в его объеме, не превышает  заданной величины.

Допустимая  вероятность прорыва молнии - предельно  допустимая вероятность Р удара  молнии в объект, защищаемый молниеотводами.

Надежность  защиты определяется как 1 - Р.

Промышленные  коммуникации - силовые и информационные кабели, проводящие трубопроводы, непроводящие трубопроводы с внутренней проводящей средой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Нормативные ссылки

1 «Инструкция по молниезащите  зданий и сооружений» РД 34.21.122-87 от 30 июля 1987 года и «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» CO 153—343.21.122-2003 от 30 июня 2003 года.

2 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» CO 153—343.21.122-2003.

3 Приказ Минэнерго России  от 30.06.03№ 280 не отменяет действие предыдущего издания «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений» от 30 июля 1987 года.

4 ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 «Менеджмент  риска. Защита от молнии. Часть  1. Общие принципы» и ГОСТ Р  МЭК 62305-2-2010 «Менеджмент риска.  Защита от молнии. Часть 2. Оценка  риска».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Общие сведения  о молнии

 

3.1 Физическая сущность явления

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.

Наземные молнии

Молнии в Бостоне

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 высокоэнергетическогокосмического  излучения — частиц с энергиями 10¹²-10¹⁵ эв, формирующих широкий атмосферный ливень (ШАЛ) с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях.

По одной из гипотез, частицы  запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах(«спусковым крючком» процесса при этом являются космические лучи. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов —стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии.

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.

Молнии в г. Ессентуки

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 созданиямолниеотвода.

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

Внутриоблачные молнии над Тулузой, Франция. 2006 год

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.

Полёт из Калькутты в Мумбаи.

Вероятность поражения молнией  наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт — особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

Молнии в верхней  атмосфере

Молнии и электрические разряды  в верхних слоях атмосферы

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

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

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