Protecció contra llamps d'edificis i instal·lacions

Les descàrregues de llamps de l'electricitat atmosfèrica poden provocar danys en l'aïllament, accidents en instal·lacions elèctriques, accidents amb persones i destrucció d'edificis i estructures.

L'aparició dels llamps

Quan el sol escalfa la superfície terrestre, sorgeixen corrents d'aire ascendents saturats de vapor d'aigua. Les partícules d'aigua més petites tenen càrrega negativa, les més grans tenen càrrega positiva.

Sota la influència del vent i la gravetat, es produeix una separació de partícules de càrrega oposada. Les partícules d'aigua dels núvols que s'eleven a una alçada de més de 5 km es congelen i col·lapsen. Els cristalls carregats positivament es troben a la part superior del núvol, a una alçada de 5-7 km, carregats negativament, a una alçada de 2-5 km. Com a resultat de la separació de càrregues en els núvols, es formen els anomenats. Les càrregues espacials i diferents parts del núvol de tronades tenen valors i signes de càrrega diferents. Les càrregues del fons del núvol provoquen càrregues del signe oposat a terra.

Entre els núvols i el terra, així com entre diferents parts del núvol o entre diferents núvols, sorgeixen camps d'alta intensitat —unes desenes de milers de volts per centímetre—. A una intensitat de camp d'uns 30 kV / cm, es produeix la ionització de l'aire, comença un avenç: l'anomenada descàrrega líder (un canal lleugerament brillant amb un diàmetre de 10 a 20 m), que es mou a una velocitat mitjana de 200– 300 km/s.

Sota l'acció del camp, les càrregues a terra —en zones amb una conductivitat augmentada (llocs humits, capes elèctricament conductores, etc.) o amb objectes elevats (turons, xemeneies, torres d'aigua, pals, línies elèctriques, arbres, edificis independents). la plana, etc.) — avançar cap al conductor.

El conductor es dirigeix ​​a l'objecte en relació amb el qual la tensió del camp elèctric és més gran i aleshores es produeix una potent contra-descàrrega, que es propaga a una velocitat comparable a la velocitat de la llum (Fig. 1). A més, en menys d'una desena mil·lèsima de segon, un corrent que arriba a centenars de milers d'amperes passa per l'estructura afectada, sota la influència de la qual el plasma s'escalfa fins a diverses desenes de milers de graus i comença a brillar brillantment.

L'efecte de llum de l'ejecció es percep com un llamp, i l'expansió explosiva de l'aire al canal d'escapament produeix un efecte sonor: un tro.

Arròs. 1. Esquema del procés d'electrificació d'un núvol de tronades i desenvolupament d'una descàrrega d'un llamp cap a un objecte terrestre.

Les mesures mostren que aproximadament 3/4 de les descàrregues provenen de les parts carregades negativament del núvol i 1/4 de les descàrregues de les zones carregades positivament. Després del primer, poden aparèixer diverses descàrregues consecutives més.

Les descàrregues de llamps es caracteritzen pels següents paràmetres:

• amplitud de corrent — el corrent observat amb més freqüència és de 10–30 kA, en el 5–6% de les mesures el corrent arriba als 100–200 kA;

• longitud del front d'ona: la durada de l'augment del corrent del llamp fins al seu valor màxim (normalment 1,5-2 μs).

Molt menys sovint, s'observa un llamp de bola, que és una bola de plasma brillant amb un diàmetre de fins a mig metre, que es mou lentament sota la influència dels corrents d'aire a la superfície terrestre. El llamp de bola penetra els edificis a través de xemeneies, finestres, portes.

Si un llamp de bola toca un organisme viu, hi ha ferides mortals, es produeixen cremades greus i, en contacte amb estructures, es produeix una explosió i destrucció mecànica d'objectes. La naturalesa del llamp de bola encara no s'entén bé.

Impacte dels llamps en edificis i estructures

Un llamp directe provoca la ruptura dels suports, la fusió de les estructures, la ignició i l'explosió, la destrucció mecànica, l'escalfament inacceptable de les estructures metàl·liques a causa dels llamps que els travessen al terra. Segons les dades operatives, els llamps cremen una xapa de 4 mm de gruix.

La inducció electrostàtica es manifesta en la creació d'un alt potencial en estructures metàl·liques i cables aïllats, que condueix a la destrucció del sòl, que al seu torn pot provocar descàrregues elèctriques a les persones, ignició i explosió de mescles explosives, així com danys a la aïllament en instal·lacions elèctriques.

La inducció electromagnètica es manifesta en la inducció durant el corrent de descàrrega en estructures metàl·liques expandides i comunicacions (bigues, rails, canonades, etc.), aïllades entre si i del terra, que pot provocar una espurna o arc.

En cas de descàrrega d'un llamp, també s'introdueixen alts potencials al llarg de les estructures i comunicacions externes de terra.

Els edificis i instal·lacions, en funció de la seva finalitat i de la intensitat de l'activitat del llamp a la zona de la seva ubicació, s'han de protegir dels danys del llamp o dels efectes secundaris causats per la descàrrega del llamp.

El territori des dels Urals fins a Krasnoyarsk i al sud de Krasnoyarsk, des de Krasnoyarsk fins a Khabarovsk pertany a zones amb una durada mitjana de l'activitat de les tempestes de 40 a 60 hores. A la regió al nord de Krasnoyarsk, des de Krasnoyarsk fins a Nikolaevsk-on-Amur, la durada mitjana de l'activitat de les tempestes és de 20 a 40 hores. S'observa un augment de l'activitat de les tempestes de 60 a 80 hores a l'any a les regions de l'Alt Altai (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). La protecció contra llamps d'edificis i estructures s'ha de dur a terme segons projectes desenvolupats per organitzacions especialitzades.

Protecció contra els llamps directes. Zona de cobertura del parallamps

L'acció dels dispositius de protecció contra llamps consisteix en el fet que un parallamps metàl·lic que s'alça sobre ell s'instal·la prop de l'objecte protegit, connectat de manera fiable a terra. Quan es produeix una descàrrega d'un llamp, el conductor que es dirigeix ​​​​a terra s'acosta al punt més alt d'augment de la conductivitat (la part superior del parallamps posat a terra serveix com a punt) i la descàrrega es produeix al parallamps, evitant l'objecte protegit.

La zona de protecció d'un parallamps d'una sola barra d'alçada h és un con d'alçada de 0,92 h amb una base en forma de cercle amb un radi d'1,5 h (Fig. 2).

Totes les estructures que encaixin al con estaran protegides d'un llamp directe amb una fiabilitat d'almenys el 95% (Zona B).Dins d'un con amb una alçada de 0,85 hores i un radi de base d'1,1 hores, la fiabilitat de la protecció és del 99,5%. (Zona A).

Arròs. 2. Zones de protecció contra llamps d'una sola barra. A — zona de protecció amb un 99,5% de fiabilitat; B - zona de protecció amb un 95% de fiabilitat; 1 — parallamps; 2 — objecte protegit.

Si l'àrea del lloc és més gran que l'àrea protegida, cal augmentar l'alçada del parallamps o instal·lar diversos parallamps.

Protecció contra els efectes secundaris dels llamps

La principal mesura per combatre l'aparició d'alts potencials en edificis o estructures a causa de la inducció electrostàtica durant les descàrregues atmosfèriques és la posada a terra de tots els elements conductors de l'edifici.

Per eliminar la influència inducció electromagnètica en elements metàl·lics allargats (conductes, estructures metàl·liques, etc.), aquests últims estan connectats de manera fiable amb ponts metàl·lics.

Per tal d'eliminar la transferència d'alts potencials a través de comunicacions aèries i subterrànies, les entrades de potència, ràdio, senyalització i xarxes de comunicació s'implementen mitjançant limitadors de cable i vàlvules (per exemple, RVN-0.5) i espurnes, que es desencadenen quan la s'instal·len pujades de tensió.