Молниезащита

Внешняя и внутренняя молниезащита

На нашей планете ежегодно происходит около $16$ млн. гроз, которые сопровождаются молниями. Для людей прямой её удар является очень опасным. Большую опасность представляет молния и для зданий, сооружений. Это природное явление может привести к пожарам и взрывам, а прямой её удар вызывает сильные механические разрушения.

Система защиты от молнии базируется на знании природы этого явления. Причиной разрушений и пожаров является тепловая энергия, которая образуется из искрового электрического заряда, проходящего через какой-либо материал. Поскольку разрушения могут быть коллосальными, очень актуальной становится молниезащита.

Молниезащита представляет собой специальные приспособления, предназначенные для обеспечения безопасности зданий, сооружений и людей. Любое здание, независимо от его назначения должно иметь эту систему защиты.

Молниезащита может быть как внешней, так и внутренней.

Цель внешней молниезащиты заключается в том, чтобы перехватить молнию и отвести её в землю, защитив, таким образом, здание от повреждений и пожаров.

Виды внешней молниезащиты:

1. Молниеприемная сеть;
2. Молниеприемный натянутый трос;
3. Молниеприемный стержень.

Элементы внешней молниезащиты:

1. Устройство, перехватывающее разряд молнии – молниеотвод, он может быть выполнен из нержавеющей или оцинкованной стали, алюминия, меди;
2. Часть молниеотвода – токоотводы, предназначенные для отвода тока молнии к заземлителю;
3. Сам заземлитель – проводящая часть, непосредственно находящаяся в электрическом контакте с землей.

Специальные устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) являются внутренней молниезащитой. Главная задача УЗИП заключается в том, чтобы защитить электрическое и электронное оборудование от сетевых перенапряжений, которые могут возникнуть под воздействием тока молнии.

Перенапряжения могут быть вызваны как прямыми, так и непрямыми ударами молнии. Перенапряжения, которые вызываются прямыми ударами, именуются Тип $1$, для них характерна форма волны $10$/$350$ мкс. Они несут очень большую запасенную энергию, поэтому являются очень опасными. Перенапряжения Тип $2$, вызываются непрямым ударом молнии, для них характерна форма волны $8$/$20$ мкс. В этом случае запасенная энергия будет в $17$ раз меньше, чем у Тип $1$, поэтому менее опасна.

Молниезащита зданий и сооружений

Скопившееся атмосферное электричество имеет огромный потенциал. Молния имеет заряд, который достигает сотни тысяч ампер, а напряжение достигает величины более $2$ млн. вольт.

Проявиться воздействие молнии на здании и сооружении может в виде:

1. Непосредственного разряда с повреждениями и разрушениями;
2. Электростатической и электромагнитной индукции;
3. Заноса высоких потенциалов через металлические коммуникации.

Прямой разряд молнии действует мгновенно. По каналу молнии в течение долей секунды протекает ток, сила которого $200$-$500$ кА, температура канала разогревается до $20$ тыс. градусов. В тех местах, где есть сближения металлических конструкций и оборудования, индуктивные токи вызывают искрение. Все здания и сооружения в зависимости от характера необходимых молниезащитных мероприятий делят на три категории.

1. Категория первая. Данная группа зданий и сооружений относится к наиболее опасным промышленным зданиям. Результатом действия молнии в них могут быть пожары, взрывы, большие разрушения и человеческие жертвы. Эти объекты, согласно ПУЭ, относятся к классу В-I и В-II.
2. Категория вторая. Здания и сооружения этой категории опасны в отношении взрыва. Специалисты считают, что больших разрушений и человеческих жертв взрыв не повлечет, потому что все опасные вещества содержатся в специальной металлической таре. Эти объекты отнесены к классу В-Ia, В-Iб, В-IIa, В-Iг.
3. Категория третья. Опасность прямого удара молнии для всех зданий и сооружений этого класса связана с разрушениями и пожарами. Это объекты класса П-I, П-II, П-IIa, П-III.

С грозовой деятельностью и местом расположения объекта связана степень его молниезащиты. По карте среднегодовой продолжительности гроз в часах определяется средняя грозовая деятельность за год.

Например, в Европейской части России число грозовых дней доходит до $39$, на Кавказе – до $68$ дней.

Районы, где количество грозовых дней доходит до $10$, называют слабо грозовыми, до $30$ дней – грозовыми, более $30$ дней – сильно грозовыми. Поэтому, совершенно понятно, что в тех районах, где в году грозовых дней менее $10$ – устройство молниезащиты будет нецелесообразно. Исключение могут составлять отдельные здания и сооружения в зависимости от их пожарной опасности или ценности.

Здания и сооружения, относящиеся к первой категории и имеющие высоту до $30$ м, защищаются молниеотводами. Они устанавливаются или отдельно, или на самом объекте защиты, но изолированно.

Неизолированными молниеотводами защищают объекты, имеющие высоту более $30$ м. Их устанавливают на самом объекте.

Молниезащита опор воздушных линий

Опоры воздушных линий связи, радиотрансляционные сети, антенно-мачтовые сооружения тоже подлежат молниезащите.

От прямых ударов молний для защиты опор воздушных линий связи и радиотрансляционных сетей применяют стержневые молниеотводы. Устанавливаются они на всех ответственных опорах воздушной линии, а также на тех участках, где находится пересечение с высоковольтными линиями.

Оборудуются молниезащитой вводы радиотрансляционных линий и вводы в здание антенн. Цель этих вводов – защитить аппаратуру от перенапряжений, которые могут возникнуть под влиянием разрядов молний. На воздушных линиях устанавливаются искровые, газонаполненные или вентильные разрядники, чтобы защитить от перенапряжений. В соответствии с правилами технической эксплуатации зазоры искровых разрядников регулируются. Их регулировка и проверка начинается с приходом грозового периода, т.е. весной. Проверка идет после каждой грозы и каждого появления на проводах линии постороннего напряжения.

Антенно-мачтовые сооружения тоже защищаются от прямых ударов молнии. Молниезащита осуществляется заземлением антенных опор и антенно-фиредных устройств. Если заземление антенно-фиредных устройств не допускается, то в этом случае параллельно вводу антенны и фидера антенны устанавливается в техническое здание радиостанции грозоразрядник. На работу передатчика и антенно-фидерных устройств он влияния не оказывает.

Все металлические и железобетонные антенные опоры, оттяжки металлических мачт подлежат обязательному молниезащитному заземлению. Молниезащитный заземлитель опоры и заземлитель электроустановок технического здания должны иметь электрическое соединение, для того, чтобы выравнивать высокие потенциалы, возникающие при ударе молнии.

Меры, которые применяют для молниезащиты кабельных линий:

1. Защита кабельных линий с помощью подземных проводов;
2. Защита кабельных линий с помощью воздушных проводов;
3. Защита с использованием грозостойких кабелей.

Чтобы защитить кабель от удара молнии параллельно ему в земле прокладываются тросы (защитные провода). Глубина их прокладки не менее $0,4$ м. Воздушные провода, с помощью которых производится защита кабеля, подвешиваются на крюках деревянных опор двух стальных проводов. Вдоль защищаемого кабеля строится воздушная линия на расстоянии от оси траншеи $2$-$3$ м. Через $120$-$300$ м провода защитной линии заземляются.