Lynbeskyttelse av bygninger og anlegg

Utslipp av lyn fra atmosfærisk elektrisitet kan forårsake isolasjonsskader, ulykker i elektriske installasjoner, ulykker med mennesker og ødeleggelse av bygninger og konstruksjoner.

Utseendet til lyn

Når solen varmer opp jordoverflaten, oppstår luftstrømmer som er mettet med vanndamp. Mindre vannpartikler er negativt ladet, større er positivt ladet.

Under påvirkning av vind og tyngdekraft oppstår en separasjon av motsatt ladede partikler. Vannpartikler i skyer som stiger til en høyde på mer enn 5 km fryser og kollapser. Positivt ladede krystaller er plassert i den øvre delen av skyen, i en høyde på 5-7 km, negativt ladet - i en høyde på 2-5 km. Som et resultat av separasjonen av ladninger i skyene, dannes de såkalte. Romladninger og ulike deler av tordenskyen har ulike ladningsverdier og tegn. Ladninger fra bunnen av skyen forårsaker ladninger av motsatt fortegn på bakken.

Mellom skyene og bakken, så vel som mellom forskjellige deler av skyen eller mellom forskjellige skyer, oppstår felt med høy intensitet - flere titusenvis av volt per centimeter. Ved en feltstyrke på omtrent 30 kV / cm oppstår ionisering av luften, et gjennombrudd begynner - den såkalte lederutladningen (en svakt glødende kanal med en diameter på 10–20 m), beveger seg med en gjennomsnittshastighet på 200– 300 km/sek.

Under påvirkning av feltet, ladninger på bakken — i områder med økt ledningsevne (våte steder, elektrisk ledende lag, etc.) eller med høye objekter (bakker, skorsteiner, vanntårn, stolper, kraftledninger, trær, uavhengige bygninger på sletten, etc. .) — ​​beveg deg mot føreren.

Lederen rettes mot objektet som den elektriske feltspenningen er størst i forhold til og da oppstår en kraftig motutladning som forplanter seg med en hastighet som kan sammenlignes med lysets hastighet (fig. 1). I tillegg, på mindre enn ett titusendels sekund, passerer en strøm som når hundretusenvis av ampere gjennom den berørte strukturen, under påvirkning av hvilken plasmaet varmes opp til flere titusenvis av grader og begynner å lyse sterkt.

Lyseffekten av utstøtingen oppfattes som lyn, og den eksplosive utvidelsen av luft i eksoskanalen gir en lydeffekt - torden.

Ris. 1. Skjematisk over prosessen med elektrifisering av en tordensky og utviklingen av en lynutladning mot et bakkeobjekt.

Målinger viser at omtrent 3/4 av utslippene stammer fra de negativt ladede delene av skyen, og 1/4 av utslippene fra de positivt ladede områdene. Etter den første kan det dukke opp flere påfølgende utslipp.

Lynutladninger er preget av følgende parametere:

• strømamplitude — den hyppigst observerte strømmen er 10–30 kA, i 5–6 % av målingene når strømmen 100–200 kA;

• lengden på bølgefronten — varigheten av stigningen av lynstrømmen til dens maksimale verdi (vanligvis 1,5-2 μs).

Mye sjeldnere observeres balllyn, som er en glødende plasmakule med en diameter på opptil en halv meter, som sakte beveger seg under påvirkning av luftstrømmer på jordens overflate. Kulelyn trenger gjennom bygninger gjennom skorsteiner, vinduer, dører.

Hvis kulelyn berører en levende organisme, er det dødelige skader, alvorlige brannskader oppstår, og ved kontakt med strukturer oppstår eksplosjon og mekanisk ødeleggelse av gjenstander. Naturen til kulelyn er fortsatt ikke godt forstått.

Påvirkning av lynnedslag på bygninger og konstruksjoner

Et direkte lynnedslag forårsaker splitting av støtter, smelting av strukturer, antennelse og eksplosjon, mekanisk ødeleggelse, uakseptabel oppvarming av metallstrukturer fra lyn som passerer gjennom dem og ned i bakken. I følge driftsdata brenner lyn gjennom metallplater med en tykkelse på 4 mm.

Elektrostatisk induksjon manifesterer seg i dannelsen av et høyt potensial på isolerte metallkonstruksjoner og ledninger, noe som fører til ødeleggelse av bakken, som igjen kan forårsake elektrisk støt på mennesker, antennelse og eksplosjon av eksplosive blandinger, samt skade på isolasjon i elektriske installasjoner .

Elektromagnetisk induksjon manifesterer seg i induksjon under utladningsstrøm på utvidede metallstrukturer og kommunikasjoner (bjelker, skinner, rørledninger, etc.), isolert fra hverandre og fra bakken, noe som kan forårsake en gnist eller lysbue.

Ved et lynutladning introduseres også høye potensialer langs eksterne grunnstrukturer og kommunikasjoner.

Bygninger og anlegg, avhengig av deres formål og intensiteten av lynaktivitet i området der de befinner seg, må beskyttes mot lynskader eller sekundære effekter forårsaket av lynutladning.

Territoriet fra Ural til Krasnoyarsk og sør for Krasnoyarsk, fra Krasnoyarsk til Khabarovsk tilhører områder med en gjennomsnittlig varighet av tordenvær på 40 til 60 timer. I regionen nord for Krasnoyarsk, fra Krasnoyarsk til Nikolaevsk-on-Amur, er gjennomsnittlig varighet av tordenvær fra 20 til 40 timer. Økt tordenværaktivitet fra 60 til 80 timer per år observeres i regionene i Øvre Altai (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Lynbeskyttelse av bygninger og konstruksjoner må utføres i henhold til prosjekter utviklet av spesialiserte organisasjoner.

Beskyttelse mot direkte lynnedslag. Lynavleder dekningsområde

Virkningen av lynbeskyttelsesanordninger består i det faktum at en metalllynstang som ruver over den, er installert nær det beskyttede objektet, pålitelig koblet til bakken. Når en lynutladning oppstår, nærmer lederen som skynder seg til bakken det høyeste punktet med økt ledningsevne (den øvre delen av den jordede lynavlederen fungerer som et slikt punkt) og utladningen skjer til lynavlederen, og omgår det beskyttede objektet.

Beskyttelsessonen til en enkeltstangs lynstang med høyde h er en kjegle med høyde 0,92 h med en base i form av en sirkel med en radius på 1,5 h (fig. 2).

Alle strukturer som passer inn i kjeglen vil være beskyttet mot direkte lynnedslag med en pålitelighet på minst 95 % (Sone B).Inne i en kjegle med en høyde på 0,85 timer og en basisradius på 1,1 time er beskyttelsessikkerheten 99,5 %. (Sone A).

Ris. 2. Enkeltstang lynbeskyttelsessoner. A — beskyttelsessone med 99,5 % pålitelighet; B — beskyttelsessone med 95% pålitelighet; 1 - lynavleder; 2 — vernet objekt.

Hvis området er større enn det beskyttede området, er det nødvendig å øke høyden på lynstangen eller installere flere lynavledere.

Beskyttelse mot sekundære effekter av lynnedslag

Hovedtiltaket for å bekjempe forekomsten av høye potensialer i bygninger eller strukturer på grunn av elektrostatisk induksjon under atmosfæriske utladninger er jordingen av alle ledende elementer i bygningen.

For å fjerne innflytelse elektromagnetisk induksjon i langstrakte metallelementer (rørledninger, metallkonstruksjoner, etc.), er sistnevnte pålitelig forbundet med metallbroer.

For å eliminere overføring av høye potensialer gjennom luft- og underjordisk kommunikasjon, implementeres inngangene til kraft-, radio-, signal- og kommunikasjonsnettverk av kabel- og ventilbegrensere (for eksempel RVN-0.5) og gnistgap, som utløses når spenningsøkninger er installert.