Методичні вказівки.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ З ДИСЦИПЛІНИ

“ОХОРОНА ПРАЦІ В ГАЛУЗІ”

ЗА ТЕМОЮ:

“БЛИСКАВКА ТА ЇЇ ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНІ І УРАЖАЮЧІ ДІЇ”

ЛУГАНСЬК 2002

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ З ДИСЦИПЛІНИ

“ОХОРОНА ПРАЦІ В ГАЛУЗІ”

ЗА ТЕМОЮ:

“БЛИСКАВКА ТА ЇЇ ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНІ І

УРАЖАЮЧІ ДІЇ”

(ДЛЯ СТУДЕНТІВ ВСІХ ФОРМ НАВЧАННЯ)

ЗАТВЕРДЖЕНО

на засіданні кафедри

" Охорона праці та БЖД"

Протокол №5 від 11.01.02

ЛУГАНСЬК 2002

УДК 614 8-084(07)

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни “Охорона праці в галузі”: Навчальне видання (для студентів всіх форм навчання)./Укл. М.А. Касьянов, В.П. Гуляков, О.М. Сухаревська - Луганськ, Вид-во Східноукр. нац. ун-т ім. В. Даля, 2002 - 28с.

Дано теоретичний матеріал щодо механізму утворення лінійної блискавки, вказано на її уражаючі дії і блискавкозахисні заходи, включаючи конструкції блискавковідводів з їх графічним зображенням і розрахунки величини опору захисного заземлення.

Укладач М.А. Касьянов, доц.

В.П. Гуляков,

О.М. Сухаревська, ас.

Відп. за випуск М.А. Пітельгузов, доц.

Рецензент Б.І. Невзлін, доц.

ЗМІСТ

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ 4

1.1. Запитання для закріплення загальних відомостей 6

2. УРАЖАЮЧІ ДІЇ БЛИСКАВКИ 7

2.1. Запитання для закріплення матеріалу 8

3. БЛИСКАВКОЗАХИСНІ ЗАХОДИ 8

3.1. Запитання для закріплення матеріалу 11

4. КОНСТРУКЦІЇ БЛИСКАВКОВІДВОДІВ 11

4.1. Графічне зображення зон захисту блискавковідводів 14

4.2. Запитання для закріплення матеріалу 20

5. РОЗРАХУНОК ЗАЗЕМЛЮЮЧОГО ПРИСТРОЮ 21

Висновки 25

Запитання для закріплення знаній 25

Додаток 26

Протокол 26

ЛІТЕРАТУРА 27

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Як відомо, в земній атмосфері внаслідок природних процесів (хоч і не без антропогенних впливів) виникають електричні розряди - блискавки. Існують два види атмосферної блискавки - лінійна та кульова.

Феномен кульової блискавки на сьогоднішній день вив­чений ще не достатньо, тому тут скажемо лише, що кульова блискавка - це кулястий за формою згусток плазми (сильно іонізованого газу). І ще те, що блискавкою це явище можна назвати умовно, тому що термін " блискавка" характеризує миттєвість існування цього процесу, а, як відомо з досвіду, кулястий " згусток плазми" може існувати в просторі десятки секунд і навіть хвилини, " плаваючи в повітрі" і лише потім раптово і вибухоподібно зникати (розряджатися).

Отож, детальніше зупинимося на розгляді лінійної блискавки.

Лінійна блискавка - це гігантський несамостійний електричний розряд в атмосфері між зарядженою хма­рою і землею, між сусідніми хмарами або різнойменно заря­дженими частками хмари.

Генератором розряду лінійної блискавки є електричне поле Землі, а концентрованими утворювачами та носіями її електричних зарядів - грозові хмари. Крім природного шляху утворення зарядів у хмарах має значення і зростання кількості штучних джерел генерації електричних зарядів в атмосфері: нафтопроводів, ЛЕП, літаків, ракет т. ін. Грозові хмари знаходяться на висоті 2-4 км в температурній зоні 0-10 °С. Час життя грозової хмари стано­вить близько 1 години, і за цей період вона може породити до 300 розрядів. Залежно від концентрації електричних за­рядів в хмарі розряди можуть бути всередині хмари, між хмарами та між хмарами і землею.

Механізм утворення грозових хмар та виникнення блискавки в загальних рисах такий.

Нашу Землю з оточуючою її атмосферою за електричними властивостями можна уявити як кулястий конденса­тор колосальних розмірів, обкладинами якого є поверхня Землі та провідний шар атмосфери (іоносфера) на відстані 80 км від землі. Між ними - ізоляційний прошарок повітря.

Поверхня землі завжди має мінусовий заряд, іоносфера - плюсовий. Напруженість електричного поля біля поверхні землі становить приблизно 100 В/м. Повітря, що оточує зем­лю, має в собі вільні заряди (до 1000 пар плюсових та мінусових зарядів в 1 см³).

Внаслідок руху конвективних потоків повітря, які піднімають вологу від теплої поверхні землі на висоту вище 2 км, де температура мінусова, через явище конденсації утворюють­ся грозові хмари, які складаються з дрібних водяних електрично заряджених крапельок. Причому заряди в просторі розташовуються з нерівномірною густиною, що утворює нерівномірну напруженість поля в хмарі. Коли напруженість поля в тій чи іншій частині хмари досягне 25-30 кВ/м (значення електричної міцності повітря), виникають умови для утворення блискавки. В основі механізму утворення блискавки лежить явище ударної іонізації, тому суть блискавкоутворення аналогічна процесам утворення іскрового розряду.

Розряд блискавки має три періоди - розвиток спиринчастого лідера, головний розряд, струм після світіння.

Л і д е р - це високоелектропровідний плазмовий канал, який утворюється при іонізації повітря між хмарою та землею під дією сил потужного електричного поля. Ця іоніза­ція утворюється потоками фотонів та електронів, напрямок руху яких в просторі іде взагалі від хмари до землі, але конкретна їх траєкторія має випадковий характер, бо електричне поле між хмарою та землею є дуже неоднорідним, і в кожній точці простору напрямок вектора електричної напруженості поля різний. Тому лідер утворюється східчастим, а канал блискавки має неповторну ламану форму, що добре видно під час громовиці.

Блискавка називається низхідною, якщо лідер формуєть­ся з хмари до землі (що буває в 80-90 % випадках), та вис­хідною, коли лідер утворюється від землі до хмари (10-20 % випадках). Висхідні блискавки утворюються, як правило, за наявністю на землі дуже високих заземлених споруд висотою 150 і більше метрів, або в горах, де багато високих шпилястих елементів рельєфу.

Назустріч блискавкоутворюючому основному лідеру (низхідному чи висхідному) під час його наближення до протилежної сторони (землі чи хмари) можуть виникати зустрічні лідери, які з'єднуються з основним в якійсь точці повітря. Коли лідери з'єднують протилежні сторони електричного поля (хмари з землею або дві хмари) між собою, виникає головний розряд.

а б

Рис. 1.1. Розвиток лідера блискавки (верхні рисунки) та головної стадії (нижні рисунки) при її ураженні: а – в певну поверхню землі; б – в металеву вежу

Головний розряд - це швидка нейтралізація електричних зарядів лідера.

Він проходить від землі до хмари зі швидкістю, що приблиз­но дорівнює 1/3 швидкості світла. При цьому канал головного розряду (блискавки) розігрівається до температури 20-35 тис. градусів, що супроводжується миттєвим (ударним) розширен­ням повітря. Ці явища сприймаються як яскраве світіння та потужний грім. Кількість імпульсів головного розряду може бути від 1-го до 4-х.

Після проходження струму головного розряду (десятки тисяч ампер, а іноді сотні) настає заключна стадія - прохо­дження струму після світіння (від 1000 до 10 ампер).

Загальна тривалість блискавки становить 0, 2 - 0, 6 сек., з них тільки 10-30 мкс. припадає на один імпульс головного розряду, а значна частина часу йде на формування лідера, швидкість просування якого становить 10⁵-10⁶ м/с.

Під час блискавки на землю приноситься електричний заряд в 10-30 Кл. Причому розряд має дві стадії: в першій виникає рух зарядів від хмари до землі у вигляді т.зв. лідера (іонізованого каналу повітря), а в другій - утворюється голов­ний розряд від землі до хмари, тобто блискавка. Подібні процеси виникають і між самими хмарами.

Блискавка має вибірковий характер, тобто діє спрямова­ний удар. Ця спрямованість формується в ході наближення лі­дера до поверхні землі і залежить від форми і висоти наземних об'єктів, їх електричного контакту з землею та електропровід­ності ґрунту. Саме з найбільш високої зарядженої точки на поверхні землі під час наближення до неї лідера від хмари ви­никає рух т.зв. зустрічного лідера. В момент дотику цих лідерів між собою і виникає головний розряд блискавки. Якщо об'єк­ти на землі рівні за висотою і знаходяться поряд, то блискав­ка уразить в той з них, який має кращий контакт з землею і більшу електропровідність. Якщо об'єкти стоять на ґрунтах з різною електропровідністю, то блискавка може уразити на­віть нижчий з об'єктів, але той, який стоїть на ґрунті з біль­шою електропровідністю. На вибірковість ураження блискав­ки впливають також ґрунтові води, виходи покладів, розломи гірських порід, а також природна радіоактивність.

Параметри блискавки мають великий розкид, що пояс­нюється впливом багатьох факторів (вологості, температу­ри, швидкості вітру, електропровідності ґрунту, висоти та запиленості хмар та ін.).

Тому оперують середніми, найбільш поширеними зна­ченнями цих параметрів, а саме:

- сила струму - до 20 кА;

- заряд-до 20 Кл;

- тривалість - 0, 2-0, 6 сек.;

- потенціал - декілька мегавольт;

- полярність - мінусова (80 %);

- температура каналу - 20-30 тис. °С.

1.1. Запитання для закріплення загальних відомостей:

1. Що таке кульова блискавка?

2. Що таке лінійна блискавка?

3. Що є генератором лінійної блискавки?

4. Розкрити механізм утворення грозових хмар та виникнення блискавки.

5. Які періоди має розряд блискавки?

6. Що таке „лідер” блискавки і як він утворюється?

7. Що таке головний розряд?

8. Які існують (найбільш поширені) параметри блискавки?

2. УРАЖАЮЧІ ДІЇ БЛИСКАВКИ

Через надзвичайну енергетичну потужність блискавки її вражаюча дія на земні об'єкти є дуже небезпечною. Звісно, все живе під цією дією миттєво гине. Але і нежива матерія значно пошкоджується чи знищується.

Розрізняють первинну та вторинні уражаючі дії блискавки. До першої відноситься т.зв. прямий удар. Прямий удар - це безпосередній контакт каналу блискавки з наземним об'єктом, що супроводжується про­ходженням через нього струму головного розряду чи на­данням йому високого потенціалу.

Струм блискавки справляє на наземні споруди (конструк­ції, елементи, через які він проходить) теплову та меха­нічну дії. При цьому металеві частини плавляться, неметале­ві негорючі руйнуються, а горючі загоряються, вибухають.

Вторинних уражаючих дій блискавки є декілька, а саме:

1) Пожежонебезпечним наслідком впливу заряджених хмар на наземні об'єкти ще до розряду блискавки є т.зв. елек­тростатична індукція (ЕСІ), тобто електризація через вплив всіх наземних споруд, які знаходяться безпо­середньо під зарядженими хмарами, внаслідок чого вини­кає потужне електростатичне поле між незаземленими струмопровідними конструкціями будівель і споруд та землею через накопичення на них зарядів одного знака під індук­ційним впливом зарядженої хмари. Після роз­ряду блискавки (тобто після розрядження хмар) джерело індукції миттєво зникає і між цими незаземленими конструк­ціями і землею може виникнути вторинний розряд (іскра), що знову ж таки веде до пожежі.

а б

Рис. 2.1. Електростатична індукція (ЕСІ): а — до розряду блискавки;

б — під час розряду блискавки 1 – розряджена хмара; 2 – блискавка;

3 – блискавковідвід; 4 – споруда; 5 – заземлений верстат; 6 – іскровий розряд ЕСІ

2) Ще одним вторинним проявом блискавки є т.зв. електромагнітна індукція (ЕМІ), суть якої полягає в тому, що навколо каналу блискавки (як і навколо будь-якого провідника зі струмом) виникає електромагнітне поле великої потужності. Це поле миттєво перетинає своїми лініями магнітної індукції все, що знаходиться в найближчому оточуючому середовищі, і якщо під його дію потрапляють незамкнуті струмопровідні кола (наприклад, ділянки електромереж, технологічні комунікації, трубопроводи та ін.), то в них індукується ЕРС взаємоіндукції зі значним потенціалом, що знову ж таки може викликати появу іскор і призвести до пожежі.

3) В разі влучення блискавки в різні наземні струмопро­відні комунікації (естакади, траси трубопроводів, ПЛЕП то­що) виникає т.зв. занесення високого потенціалу (ЗВП), тобто попадання потенціалу блискавки в ці кому­нікації (всередину будівель та споруд), що утворює небезпеку виникнення іскор між ними і землею та пробиття ізоляції електроустановок, тобто веде до виникнення пожеж.

Слід зазначити, що енергія іскрового розряду, який ви­никає від ЕСІ і ЕМІ, перевищує 250 мДж, що є достатньо для запалювання багатьох горючих сумішей, таких як гази, пари, пил з повітрям та іншими окислювачами. Іскрові роз­ряди від ЗВП мають енергію до 100 мДж, яка також є дос­татньою для запалювання багатьох горючих та вибухоне­безпечних сумішей.

Рис. 2.2. Електромагнітна індукція (ЕМІ) 1 – заряджена хмара; 2 - блискавковідвід; 4 – магнітне поле блискавки; 5 – наземна споруда; 6 – довго протяжна технологічна конструкція; 7 – іскровий розряд ЕМІ

2.1. Запитання для закріплення матеріалу:

1. Що таке первинна дія блискавки?

2. Які існують вторинні дії блискавки?

3. Що таке електростатична індукція?

4. Від чого залежить пожежонебезпечність наземних споруд?

5. Коли може з'явитися вторинний розряд після розряду блискавки?

3. БЛИСКАВКОЗАХИСНІ ЗАХОДИ

Виходячи з інтенсивності грозової діяльності, визнача­ється середньорічна кількість уражень блискавки в 1 км² земної поверхні (n).

У свою чергу, від значення п та розмірів наземного об'єкта залежить значення очікуваної кількості уражень на рік даного об'єкта (М):

- для зосереджених споруд (вежі, башти, димові труби тощо):

;

- для звичайних будівель і споруд прямокутної форми:

;

де h - найбільша висота об'єкта [м];

S, L - ширина і довжина об'єкта [м].

Залежно від значення N та пожежонебезпечності об'єк­та визначається необхідний комплекс блискавкозахисних заходів. Ці заходи поділяються на три категорії (І, II, III).

До І категорії належать заходи для будівель та споруд, в яких присутні зони класів В-І, В-ІІ.

До II категорії належать заходи для будівель та споруд, в яких присутні зони класів В-Іа, В-Іб, В-ІІа, В-Іг.

До III категорії належать заходи для будівель та споруд з зонами класів П-І, П-ІІ, П-ІІа, П-ІІІ, а також будь-яких будівель та споруд III, IV, V ступеня вогнестійкості.

До цієї ж категорії заходів належать сільськогосподарські споруди, житлові та громадські будівлі, архітектурні та історичні пам'ятки, водонапірні башти, димові труби та ін.

Об'єкти в будівлях І та II категорії блискавкозахисних захо­дів захищаються від усіх видів уражуючих дій блискавки, об'єк­ти III категорії потребують лише захисту від прямого удару.

Зовнішні установки II категорії захисту також захища­ються від усіх видів уражаючих дій блискавки, а III катего­рії - тільки від прямих ударів.

Для будівель та споруд з окремими приміщеннями, які ви­магають блискавкозахисту за різними категоріями (І, II, III), захист усього об'єкта виконують за І категорією. Якщо ж площа приміщень І категорії захисту менша від 30 відсотків усіх приміщень будівлі, захист усього об'єкта дозволяється виконувати за II категорією. При цьому на вході в приміщен­ня І категорії захисту повинен бути передбачений захист від заносу високих потенціалів за наземними і підземними комуніка­ціями. Такий (тобто відсотковий) підхід існує при наяв­ності в будівлі приміщень II та III категорій захисту.

Для захисту об'єктів при будь-якій категорії слід макси­мально використовувати як природні блискавковідводи існу­ючі високі споруди (димові труби, водонапірні башти, вежі тощо), а також блискавковідводи суміжних об'єктів. Як заземлювачі блискавкозахисту допускається використовувати будь-які заземлювачі електроустановок, за винятком повторних заземлювачів нульового проводу ПЛЕП з напругою до 1 кВ.

Залізобетонні фундаменти будівель, споруд, зовнішніх установок слід використовувати як заземлювачі блискавко­захисту за умови забезпечення безперервного електрично­го зв'язку через їх арматуру та місця під'єднання її до за­кладних деталей за допомогою зварювання.

Штучні заземлювачі слід розташовувати під асфальтом та у відповідних місцях (якщо на газонах, та на відстані не менше 5 м від ґрунтових доріг, пішохідних доріжок та ін.).

Перевірка стану блискавкозахисних пристроїв вико­нується для будівель і споруд І та II категорій захисту один раз на рік перед початком грозового сезону, для III категорії не менше одного разу на 3 роки.

Перевіряється цілісність та захищеність від корозії всіх елементів блискавковідводів та контактів між ними, а також значення опору заземлювачів струмові промислової частоти. Це значення не повинно перевищувати результати замірів на стадії спорудження заземлювача більш ніж в 5 разів. У проти­лежному випадку слід проводити ревізію заземлювача.

У блискавкозахисних заходах всіх категорій захист від прямого удару виконується блискавковідводами; захист від ЕМІ - виконанням струмопровідних перемичок між трубопро­водами та іншими довгопротяжними металевими конструкція­ми в місцях їх зближення; захист від ЗВП - під'єднанням усіх струмопровідних комунікацій перед їх входом в будівлі до заземлювачів (природних або штучних); захист від ЕСІ - заземленням усіх металевих (струмопровідних) конструкцій будівель і споруд як всередині, так с іззовні.

Деякі об’єкти мають особливості захисту від блискавки, наприклад:

а) ПЛЕП з напругою до 1 кВ:

• в населених пунктах з одно-двоповерховою забудо­вою ПЛЕП, які не екрановані високими блискавкозахисними спорудами, повинні бути заземлювачі для за­хисту від грозових перенапруг. Опір цих заземлювачів повинен бути не більше 30 Ом, а відстань між ними не більше 200 м або 100 м при кількості грозових днів на рік відповідно до 40 та більше 40. Крім того, такі заземлювачі повинні бути виконані:

1) на опорах з відгалуженнями до вводів в примі­щення, в яких може бути велика кількість людей (школи, садки, лікарні тощо);

2) на кінцевих опорах ліній з відгалуженнями до вводів.

До цих заземлювачів повинні бути під'єднані на дерев'я­них опорах штирі та гаки ізоляторів, а на залізобетонних опорах ще й арматура. Крім цього, слід встановлювати вен­тильні розрядники.

б) сільськогосподарських споруд:

• заземлювачі блискавковідводів тваринницьких примі­щень слід розташовувати на відстані від воріт не менше 5 м, а якщо біля приміщення є вигульний майданчик для тва­рин, то і струмовідводи, і заземлювачі варто розташову­вати вздовж стіни будівлі, протилежної від зони вигулу;

• для захисту окремих невеликих будівель слід вико­ристовувати захисну дію суміжних високих споруд, які вже мають блискавкозахист;

• для груп будівель, розташованих близько одна до одної, доцільно виконувати загальний блискавкозахист багатократним блискавковідводом;

• блискавкозахист скирт сіна, соломи виконують окре­мими блискавковідводами для кожної скирти;

• для захисту від заносу високих потенціалів при вході комунікацій в будівлі встановлюють вентильні розряд­ники або закриті іскрові проміжки з міжелектродною відстанню 2-3 мм.

3.1. Запитання для закріплення матеріалу:

1. Як визначається кількість уражень на рік для зосереджених споруд?

2. Як визначається кількість уражень на рік для звичайних будівель?

3. Дайте коротку характеристику для кожної з трьох категорій блискавкозахисних заходів?

4. Назвіть особливості захисту від блискавки деяких об’єктів?

4. КОНСТРУКЦІЇ БЛИСКАВКОВІДВОДІВ

При пристрої блискавкозахисту дотримують наступні умови: відповідність типу блискавкозахиста характеру виробничого процесу в чи будинку спорудженні, а також на всьому об'єкті, можливість типізації конструктивних елементів блискавкозахиста, надійність дії всіх елементів блискавкозахиста і їхній " рівноміцність", великий термін служби (10 років і більш), можливість застосування небагатокоштовних матеріалів і використання конструктивних елементів будинку і спорудження, наочність монтажу, попереджувальні і знаки, що забороняють, чи огородження, доступ до всіх елементів при контролі, чи відновленні ремонті.

При виконанні блискавкозахиста будинків і споруджень усіх категорій для підвищення безпеки людей і тварин заземлювачи, крім заглиблених, розміщають у рідко відвідуваних місцях (на газонах і в чагарниках) у видаленні на 5 метрів і більш від основних ґрунтових проїзних і пішохідних доріг, розташовують їх під асфальтовими чи покриттями встановлюють попереджуючі плакати. Струмовідводи розміщають у недоступних місцях.

Для зниження небезпеки крокових напруг застосовують заглиблені і розосереджені заземлювачи у виді променів і кілець.

При пристрої блискавкозахисту будинків і споруджень будь-якої категорії враховують можливість екранування їх зонами захисту блискавковідводів інших близько розташованих будинків і споруджень. При цьому максимально використовують природні блискавковідводи (витяжні труби, водонапірні башти, димарі, лінії електропередачі й інші спорудження, що піднімаються,).Пристрої, які захищають будь-які об'єкти від уражень блискавкою, називаються блискавковідводами.

Блискавковідвід (блискавкозвід) - це пристрій, який сприймає прямий удар блискавки та відводить її струм в землю.

Основні конструктивні елементи блискавковідводу такі:

опора - це несуча конструкція з деревини, залізобетону або металу, на якій укріплюється блискавко-приймач і струмовідвід;

блискавкоприймач - це верхня частина блискавковідводу, який безпосередньо сприймає удар блискавки;

струмовідвід - це металевий провідник, призначений для відводу струму блискавки від приймача до заземлювача;

заземлювач - це підземна частина блискавковідводу, яка складається із заглиблених в землю провідників, які слугують для передачі струму блискавки в землю (ґрунт).

Рис. 4.1. Конструкція блискавковідводу. 1 – струмоприймач; 2 – опора;

3 – струмовідвід; 4 - заземлювач.

До конструктивних елементів висувається ряд вимог, а саме:

дерев'яні опори, особливо в підземній частині, повинні оброблятись антисептиком; діаметр деревини у верхній частині опори повинен бути не менше 100 мм; опори висотою більше 8 м виконуються на пасинках, бажано, залізобетонних; якщо дерев'яні опори встановлюються не на землі, а на даху будівель, то діаметр деревини допускається зменшити до 60-80 мм;

металеві опори монтуються на залізобетонних підніжках опори від корозії захищаються регулярним фарбуванням;

блискавкоприймачі повинні мати переріз не менше 100 мм², а довжину не меншу за 200 мм; блискавкоприймачами можуть бути металеві димові труби, рефлектори (якщо вони не викидають горючі гази чи пари) та ін.; їх можна виконувати й у вигляді ґратки, звареної з круглої сталі (Æ 6-8 мм), або у вигляді стальних смуг перерізом не менше 48 мм², які накладаються на покрівлю під негорючу гідроізоляцію; для тросового блискавковідводу блискавкоприймач виконується у вигляді багатодротяного оцинкованого троса діаметром до 7 мм;

Рис.4.2. Види блискавковідводів – з дерев’яною опорою; – з залізобетонною опорою; – з металевою опорою

струмовідводи повинні мати переріз не менше 48 мм² (діаметром не менше 6 мм); струмовідводами можуть бути металеві елементи споруд, арматура залізобетонних конст­рукцій, пожежні драбини, колони, стінки резервуарів та ін.;

з'єднання блискавковідводів повинні бути зварними; допус­кається з'єднання гвинтові або клепані для об'єктів III категорії блискавкозахисту і тільки в повітрі, а не в землі; при прокладанні струмопроводів слід уникати утворення з дроту гострих кутів чи петель; струмопроводи слід прокладати на такій відстані від входів в будівлі, щоб до них не змогли доторкнутись люди;

заземлювачі можуть бути горизонтальними та верти­кальними; перші виготовляють з дротяної або стрічкової сталі, яку закладають в траншеї вздовж периметра фунда­менту; вертикальні - зі стрижнів, які забиваються в землю;

з'єднання елементів заземлювачів між собою мають бути тільки зварними.

Рис. 4.3. Гвинтові з’єднання елементів блискавковідводу

Види блискавковідводів:

стрижневий - з вертикальним розташуванням блискавкоприймача на окремій опорі;

тросовий - з горизонтальним розташуванням блискавкоприймача, який закріплений щонайменше на двох опорах;

ґратчастий - з блискавкоприймачем у вигляді ґратки, виконаної з горизонтальних провідників, яка накладена на покрівлю будівлі.

Стрижневі та тросові блискавковідводи бувають окре­мі, подвійні або багатократні.

Кожний блискавковідвід має свою певну зону захисту в навколишньому просторі навколо нього.

Зона захисту (ЗЗ) блискавковідводу - це частина простору навколо блискавковідводу, всередині якого об'єкт вважається захищеним від прямого удару блискавки.

ЗЗ може бути двох типів:

тип А - частина простору навколо блискавковідводу, в якому надійність захисту складає 99, 5 відсотка;

тип Б - частина простору навколо блискавковідводу, в якому надійність захисту складає 95 відсотків та вище. Форма ЗЗ залежить від виду блискавковідводу. Найбільш простою фігурою є ЗЗ окремого стрижневого блискавковідводу.

4.1. Графічні зображення зон захисту блискавковідводів

Одиночний стрижневий блискавковідвід. Зона його захисту при висоті h ≤ 150 м. являють собою конус (мал.4.4.), вершина якого знаходиться на висоті h₀ < h, підстава утворить коло радіусом R₀. Горизонтальний перетин зони захисту на висоті захисного рівня спорудження h_x являє собою коло радіусом R_x. Ці величини складуть для зони типу А:

h₀ =0, 85 h; R₀ =(1, 1—0, 002 h) h; R_x =(1, 1—0, 002 h)(h — h_x /0, 85),

для зони типу Б:

h₀ =0, 92 h; R₀ =1, 5 h; R_x =1, 5 (h — h_x /0, 92),

де R_x і h_x визначають за законом подоби трикутників.

Для зони типу Б висоту блискавковідводу за відомих величин Rx і hx установлюють за формулою:

h =(R_x +1, 63 h_x)/1, 5.

Подвійний стрижневий блискавковідвід за h ≤ 150 м (рис. 4.5.), Торцеві частини зони захисту визначають як зони одиночних стрижневих блискавковідводів. Значення h₀, R₀, R_x1 і R_x2 розраховують за вищенаведеними формулами для обох типів зони захисту.

Зона типу А (при L ≤ 3 h):

за L ≤ h, h_c=h₀; R_c=R₀; R_cx=R_x,

за L > h, h_c=h₀— (0, 17+3× 10^-4 h)(L — h); R_c=R₀; R_cx=R₀ (h_c— h_x)/ h_c.

Зона типу А (при L ≤ 5 h):

за L ≤ 1, 5 h, h_c=h₀; R_cx=R_x; R_c=R₀,

за L > 1, 5 h, h_c=h₀— 0, 14(L —1, 5 h).

Величини R_c і R_cx визначають як для зони типу А. За невідомими h_c, L і R_cx =0, і висоту блискавковідводу для зони типу Б визначають за формулами:

h_c= (h_c +0, 14 h)/1, 13;

Якщо стрижневі блискавковідводи стоять на відстані L ≥ 3 и L > 5, їх розглядають як одиночні.

Подвійний стрижневий блискавковідвід різної висоти за h₁ і h₂ < 150м.(рис. 4.6.). Торцеві частини також є зонами захисту одиночних стрижневих блискавковідводів відповідної висоти, а, h₀₂, R₀₁, R₀₂, R_x1, R_x2 визначають як для одиночного блискавковідводу для обох типів зон.

R_cx=R₀ (h_c — h_x)/ h_c; R_cx=R_c (R₀₁ + R₀₂)/2;

h_c= (h_c1 — h_c2)/2,

де h_c1 і h_c2 для обох типів зон захисту обчислюють за формулами для подвійного стрижневого блискавковідводу за h ≤ 150 м.

Для різновисокого подвійного стрижневого блискавковідводу зона захисту А існує за L ≤ 3 h₁ типи Б за L ≤ 5 h₁.

Рис. 4.4. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою понад 150 м.

Багаторазовий стрижневий блискавковідвід. Зону захисту багаторазового стрижневого блискавковідводу однакової висоти визначають як зону захисту попарно взятих сусідніх стрижневих блискавковідводів (рис. 4.7.).

Основною умовою захищеності одного спорудження чи групи споруджень висотою h_х з надійністю, що відповідає зонам типу А и Б, є нерівність R_cx > 0 для всіх попарно взятих блискавковідводів. Величину R_cx для обох типів зони захисту розраховують за формулами для подвійного стрижневого блискавковідводу за h ≤ 150 м.

Рис. 4.5. Зона захисту подвійного стрижневого блискавковідводу висотою понад 150 м.

Рис. 4.6. Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів різної висоти.

Одиночний тросовий блискавковідвід за h≤ 150 м (мал. 4.8.). Тут h - відстань за висотою до троса в точці найбільшого прогину. З урахуванням стріли прогину за відомої висоти опор h _оп і довжині прольоту a < 120 м висота до троса h = h _оп – 2 м, а при a =120 – 150 м h = h _оп – 3 м.

Зони захисту одиночних тросових блискавковідводів мають наступні розміри.

Для типу А:

h₀ =0, 85 h; R₀ =(1, 35 – 0, 0025 h) h;

R_x= (1, 35—0, 0025 h)(h - h_x /0, 85).

Для типу Б:

h₀ =0, 92 h; R₀ =1, 7 h; R_x= 1, 7(h — h_x /0, 85).

Для зони типу Б висота одиночного тросового блискавковідводу за відомих h_x і R_x дорівнює

h= (R_x +1, 85 h_x)/1, 7.

Окремий стрижневий блискавковідвід утворює ЗЗ, яка за геометричною формою є конусом, віссю якого є опора.

Рис.4.7. Зона захисту (на плані) багаторазового стрижневого блискавковідводу

Рис.4.8. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу висотою понад 150 м.

Параметри ЗЗ:

h - висота блискавковідводу (відстань від землі до верхньої точки блискавкоприймача), [м];

r₀ - радіус основи конуса, тобто радіус ЗЗ на рівні землі, [м];

h₀ - висота ЗЗ (висота конуса), [м];

Координати точок ЗЗ, які містяться на її межі (на боковій поверхні конуса):

h_x - висота точки " х" над землею, [м];

r_x - радіус ЗЗ в точці " х" (горизонтальна відстань від осі конуса до точки " х" на висоті h_x [м].

Співвідношення між цими параметрами такі:

Для ЗЗ типу А: Для ЗЗ типу Б:

Подвійний стрижневий блискавковідвід утворюється і вважається саме таким, якщо два з них розташовані на відстані один від одного не більше ніж 4h для типу А, та 6h для типу Б.

При дотриманні цієї умови ЗЗ виглядає як шатро між двома межуючими конусами, осями яких є дві опори.

Параметри ЗЗ:

h, h₀, r₀ - ті ж параметри, що наведені вище;

h_c - висота ЗЗ посередині між опорами на лінії між ними, [м];

r_c- радіус ЗЗ посередині між опорами на рівні землі, [м].

Координати точок, що лежать на межі ЗЗ:

h_x, h_cx - висота точки " х" над землею, відповідно, в окресі опор, та в окресі середини між опорами [м];

r_x, r_cx - радіус ЗЗ в точці " х" (відстань від осі опори до точки " х" на висоті h_x), і відстань від осі блискавковідводу (лінії між опорами) до точки " сх" на висоті h_cx), [м], Співвідношення між параметрами:

Для ЗЗ типу А: Для ЗЗ типу Б:

Окремий тросовий блискавковідвід має ЗЗ у вигляді шатра, який утворений двома конусами, з'єднаними між собою двома площинами за твірними конусами вздовж троса.

Параметри зони захисту:

h - висота блискавкововідводу (від землі до троса в точці максимального його провисання), [м];

h₀ - висота 33 (однакова вздовж всього троса), [м];

r₀ - радіус зони захисту на рівні землі [м];

h_оп - висота опори, [м];

h_x, r_x - координати (висота і радіус) точки " х", яка лежить на межі зони захисту [м] в будь-якій ділянці 33.

Співвідношення між параметрами

Для ЗЗ типу А: Для ЗЗ типу Б:

Кожний блискавковідвід має заземлювач. Він може бути горизонтальним і вертикальним, але в будь-якому разі він знаходиться на глибині не менше 0, 7 м від поверхні землі (рис. 4.9).

Донедавна для заземлювачів блискавкозахисту нормувався такий параметр, як імпульсний опір розтіканню струму блис­кавки. Але визначити наперед відповідні значення імпульсних опорів неможливо, бо вони можуть бути непередбаченими. Крім того, це було незручно і довго. Тому нормативним доку­ментом РД 34.21.122 - 87 " Инструкция по устройству молниезащиты зданий й сооружений" пропонується готовий вибір схем і параметрів заземлювачів, які відповідають усім вимогам.

а б

Рис. 4.9. Заземлювачі блискавковідводів: а – залізобетонна паля; б – сталевий тристрижневий зі з’єднувальною смугою 40´ 4 мм.

Крім того, поширеними є заземлювачі - залізобетонні фундаменти, арматура яких витримує велику густину стру­му блискавки. Отож, на рис. 4.9. показано деякі види заземлювачів для блискавковідводів.

На рис. 4.10, 4.11 показано приклади виконання блискавкозахисту різними способами:

Рис. 4.10. Блискавкозахист металевою граткою, накладеною на покрівлю під гідроізоляцію: 1 – металева гратка; 2 – гідроізоляція; 3, 4, 5, 7, 8, 9 – будівельні конструкції споруди; 6 – заземлювачі.

Рис. 4.11. Блискавкозахист металевого резервуара стрижневими блискавковідводами; 1 – клапан аварійного викиду газів; 2 – ВНЗ; 3 – межа зони захисту; 4 – понтон; 5 – план зони захисту на висоті резервуара; 6 – гнучкий струмовідвід

4.2. Запитання для закріплення матеріалу:

1. Назвіть основні конструктивні елементи блискавковідводу.

2. Які вимоги висуваються до конструктивних елементів?

3. Назвіть види блискавковідводів.

4. Що таке „зона захисту”, які існують типи „зони захисту”?

5. Назвіть параметри зони захисту для окремого стрижневого блискавковідводу.

6. Назвіть параметри зони захисту для подвійного стрижневого блискавковідводу. Як виглядає зона захисту?

7. Який вигляд має зона захисту окремого тросового блискавковідводу? Назвіть її параметри.

8. Визначте співвідношення між параметрами зони захисту для окремого тросового блискавковідводу для типів А и Б.

5. РОЗРАХУНОК ЗАЗЕМЛЮЮЧОГО ПРИСТРОЮ

Опором заземлювача чи опором розтікання з нього струму R називають відношення потенціалу U на ньому до струму І, що з нього стікає. Для зосереджених заземлювачів величина R є опіром середовища, у якіому знаходиться заземлювач. Воно не враховує матеріалу заземлювача і перехідного чи контактного опору між заземлювачем і середовищем.

Опір середовища для зосереджених заземлювачів залежить від її властивостей, розмірів і форми електродів і їхнього взаємного розташування. На опір протяжливих заземлювачей, крім того, впливають і провідні властивості матеріалу.

Опір розтіканню R одиночних електродів з струмами промислової частоти визначають у залежності від типу заземлювача:

для труб і електродів із круглої сталі, забитих вертикально до рівеня з поверхнею землі:

;

для труб і електродів, занурених на глибину:

;

для труб і електродів із круглої сталі, закопаних горизонтально на глибину:

;

для кілець діаметром D із круглої сталі:

,

де r - питомий опір ґрунту, Ом× м (табл. 5.1, 5.2); l - довжина електрода, м. залежить від r; r - радіус круглої сталі (для кутової сталі r =0, 47× b тут b - ширина полиці куточка, для смугової сталі 0, 25× b); h - глибина закладення труби чи електрода, м. D - діаметр кільця.

У формулі визначення R ₂ другим доданком можна зневажити, тому що він становить 4 - 5%.

Таблиця 5.1