Молниезащита объектов экономики

Дисциплина: Физико-химические основы развития и тушения пожаров Тема №2. Оценка и обеспечение взрывобезопасности объектов экономики Лекция 9. Молниезащита объектов экономики. Доцент, к.т.н. Станкевич Татьяна Сергеевна Вопросы 1. Молниезащитные устройства. 2. Конструктивное выполнение молниеотводов. 3. Зоны защиты молниеотводов. 1. Молниезащитные устройства Прямой удар молнии (поражение молнией) — непосредственный контакт канала молнии с зданием или сооружением, сопровождающийся протеканием через него тока молнии. Вторичное проявление молнии — наведение потенциалов на металлических элементах конструкции, оборудования, в незамкнутых металлических контурах, вызванное близкими разрядами молнии и создающее опасность искрения внутри защищаемого объекта. Молниеотвод — устройство, воспринимающее удар молнии и отводящее ее ток в землю. Расчет молниезащиты зданий выполняется в соответствии со следующими нормативными документам: •ПУЭ 7-е изд; •СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций»; •РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений». В общем случае молниеотвод состоит из опоры; молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии; токоотвода, по которому ток молнии передается в землю; заземлителя, обеспечивающего растекание тока молнии в земле. В некоторых случаях функции опоры, молниеприемника и токоотвода совмещаются, например при использовании в качестве молниеотвода металлических труб или ферм. Устройство защиты от импульсных перенапряжений Главная заземляющая шина РД 34.21.122 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» регламентирует МП по молниезащите, выполняемые при строительстве, и не исключает испол-ния дополнит ср-в молниезащиты внутри здания и сооружения. Прямой удар молнии вызывает следующие воздействия на объект: 1. Электрические, связанные с поражением людей или животных электрич. током и появлением перенапряжений на пораженных элементах; 2. Термимческие, связанные с резким выделением теплоты при прямом контакте канала молнии с содержимым объекта и при протекании через объект тока молнии. Выделяемая в канале молнии энергия определяется переносимым зарядом, длительностью вспышки и амплитудой тока молнии (в 95 % энергия превышает 5,5 Дж). 3. Механические, обусловленные ударной волной, распрост-щейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с током молнии. Вторичные проявления молнии связаны с действием на объект электромагнитного поля близких разрядов. Обычно это поле рассматривается в виде 2 составляющих: первая обусловлена перемещением зарядов в лидере и канале молнии, а вторая – изменением тока молнии во времени. Эти составляющие называют электростатической и электромагнитной индукцией. Электростатич. индукция проявляется в виде перенапряжения, возникающего на металл констр-циях объекта и зависящего от тока молнии, расстояния до места удара и сопротивления заземлителя. Электромагнитная индукция связана с образованием в металл констр-циях ЭДС, пропорциональной крутизне тока молнии и площади, охватываемой контуром. Еще одним видом опасного воздействия молнии явл-ся занос высокого потенциала по вводимым в объект коммуникация. Он представляет собой перенапряжение, возникающее в виде набегающей на объект волны. Опасность создается за счет возможных перекрытий с коммуникаций на заземленные части объекта. Тяжесть последствий удара молнии зависит прежде всего от взрывоили пожароопасности здания и при термических воздействиях молнии, а также искрениях и перекрытиях, вызванных др. видами воздействия. Согласно РД здания и сооружения разделены на 3 категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражения молнией: I категория – производственные помещения, в которых в нормальн. технолог. режимах могут находиться и образовываться взрыровоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон. II категория – производств. здания и сооружения, в которых появление взрыроопасной конц-ции происходит в рез-те нарушения нормальн. технолог. режима, а также наружние установки, содержащие взрывоопасные жид-сти и газы. III категория – объекты, последствия поражения которых связаны с меньшим материал. ущербом, чем при взрывоопасной среде. Сюда входят здания и соор-ния с пожароопасными помещениями или строительн. констр-ми низкой огнестойкости; объекты, поражение которых представляет опасность электрич. возд-вия на людей и животных; мелкие строения в сельской местности, где чаще всего используются сгораемые констр-ции. Молниезащита представляет собой комплекс МП, направленных на предотвращение прямого удара молнии в объект или на устранение опасных последствий, связанных с прямым ударом молнии. К этому комплексу относятся также ср-ва защиты, предохраняющие объект от вторичных воздействий молнии и заноса высоко потенциала. Молниеотводы разделяются на отдельно стоящие, обеспечивающие растекание тока молнии минуя объект, и на установленные на самом объекте. Установка отдельно стоящих молниеотводов используется для объектов I категории. Для объектов II и III категорий в равной мере допустимо использованием отдельно стоящих молниеотводов и установленных на защищаемом объекте. По типу молниеприемника молниеотводы разделяются на стрежневые (вертикальные), тросовые (горизонтальные протяжные) и сетки, состоящие из продольных и поперечных горизонтальных электродов, соединенных в местах пересечений. Стержневые и тросовые молниеотводы могут быть как отдельно стоящие, так и установленные на объекте; молниеприемные сетки укладываются на неметалл. кровлю защищаемых зданий и сооружений. При выборе ср-в защиты от прямых ударов молнии, типов мониеотводов необходимо учитывать экономич. соображения, технолог и конструктив. особенности объектов. Во всех возможных случаях близкорасположенные высокие сооружения необходимо использовать как отдельно стоящие молниеотводы, а конструкт элементы зданий и соорний – как молниеприемники, токоотводы и заземлители. Защита от термич. воздействий прямого удара молнии осущ-ся путем надлежащего выбора сечений молниеприемников и токоотводов, толщины корпусов наружных уст-вок, расплавление и проплавление которых не моде произойти при указанных выше параметрах тока молнии, переносимого заряда и температуры в канале. Защита от механич. разрушений различных конструкций при прямых ударах молнии осуществляется: 1.бетона – армированием и обеспечением надежных контактов в местах соединения с арматурой; 2.неметалл. выступающих частей и покрытий зданий – применением мат-в, не содер-щих влаги или газогенерирующих в-в. Защита от перекрытий на защищаемый объект при поражении отдельно стоящих молниеотводов достигается выбором кон-ций заземлителей и изоляционных расстояний между молниеотводов и объектом. Защита от перекрытий внутри здания при протекании по нему тока молнии обеспечивается выбором кол-ва токоотводов, проложенных к заземлителям кратчайшими путями. Защита от напряжений прикосновения и шага обесп-ся путем прокладки токоотводов в малодоступных для людей местах и равномерного размещения заземелителей по терр-рии объекта. Защита от вторичных воздействий молнии обесп-ся: 1.от электростат. индукции и заноса высокого потенциала – ограничением перенапряжений путем их присоед-ния к заземлителям определен. кон-ций; 2.от электромагнит индукции – ограничением площади незамкнутых контуров внутри здания путем наложения перемычек в местах сближения металл кон-ций. Для исключ-ния искрения в местах соед-ний протяженных металл. коммун-ций обесп-ся низкие переходные сопротивления – не более 0,03 Ом. Общие положения по устройству молниезащиты В соответствии с назначением зданий и сооружений необходимость выполнения молниезащиты и ее категория, а при использовании стержневых и тросовых молниеотводов - тип зоны защиты определяются в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз в месте нахождения здания или сооружения, а также от ожидаемого количества поражений его молнией в год. Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к I и II категориям, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее проявлений и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлич. комм-ции. Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) металлические комм-ции. Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты ко II категории, должны быть защищены от прямых ударов и вторичных проявлений молнии. Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии. Внутри зданий большой площади (шириной более 100 м) необходимо выполнять МП по выравниванию потенциалов. Для зданий и сооружений с помещениями, требующими устройства молниезащиты I и II или I и III категорий, молниезащиту всего здания или сооружения следует выполнять по I категории. Если площадь помещений I категории молниезащиты составляет менее 30% площади всех помещений здания (на всех этажах), молниезащиту всего здания допускается выполнять по II категории независимо от категории остальных помещений. Для зданий и сооружений с помещениями, требующими устройства молниезащиты II и III категорий, молниезащиту всего здания или сооружения следует выполнять по II категории. Если площадь помещений II категории молниезащиты составляет менее 30% площади всех помещений здания (на всех этажах), молниезащиту всего здания допускается выполнять по III категории. Устройства и МП по молниезащите должны быть заложены в проект и график строит-ва или рекон-ции здания или соор-ния таким образом, чтобы выполнение молниезащиты происходило одновременно с основными строительно-монтажными работами. Устройства молниезащиты зданий и соор-ний должны быть приняты и введены в экспл-цию к началу отделочных работ, а при наличии взрывоопасных зон - до начала комплексного опробования технолог. оборудования. Проверка состояния устр-ств молниезащиты должна производиться для зданий и соор-ний I и II категорий I раз в год перед началом грозового сезона, для зданий и соор-ний III категории — не реже I раза в 3 года. Проверке подлежат целость и защищенность от коррозии доступных обзору частей молниеприемников и токоотводов и контактов между ними, а также значение сопротивления току промышленной частоты заземлителей отдельно стоящих молниеотводов. Это значение не должно превышать результаты соответствующих замеров на стадии приемки более чем в 5 раз. В противном случае следует проводить ревизию заземлителя. 2. Конструктивное выполнение молниеотводов Молниезащита I категории Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к I категории, должна выполняться отдельно стоящими стержневыми (рис. 1) или тросовыми (рис. 2) молниеотводами. Рис. 1. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод: 1 — защищаемый объект; 2 — металлические коммуникации Рис. 2. Отдельно стоящий тросовый молниеотвод. Молниезащита II категории Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений II категории с неметаллической кровлей должна быть выполнена отдельно стоящими или установленными на защищаемом объекте стержневыми или тросовыми молниеотводами, обеспечивающими зону защиты. При установке молниеотводов на объекте от каждого стержневого молниеприемника или каждой стойки тросового молниеприемника должно быть обеспечено не менее двух токоотводов. При уклоне кровли не более 1:8 может быть использована также молниеприемная сетка. Молниеприемная сетка должна быть выполнена из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм и уложена на кровлю сверху или под несгораемые или трудносгораемые утеплитель или гидроизоляцию. Шаг ячеек сетки должен быть не более 6х6 м. Узлы сетки должны быть соединены сваркой. Выступающие над крышей металлические элементы (трубы, шахты, вентиляционные устройства) должны быть присоединены к молниеприемной сетке, а выступающие неметаллические элементы — оборудованы дополнительными молниеприемниками, также присоединенными к молниеприемной сетке. Молниезащита III категории Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к III категории, должна выполняться одним из способов, указанных при молниезащите II категории. При этом в случае использования молниеприемной сетки шаг ее ячеек должен быть не более 12х12м. Во всех возможных случаях в качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии следует использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений. При невозможности их использования выполняют искусственные заземлители: 1.каждый токоотвод от стержневых и тросовых молниеприемников должен быть присоединен к заземлителю, состоящему минимум из двух вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом длиной не менее 5 м; 2.при использовании в качестве молниеприемников сетки или металлической кровли по периметру здания в земле на глубине не менее 0,5 м должен быть проложен наружный контур, состоящий из горизонтальных электродов. Конструкции молниеотводов Опоры стержневых молниеотводов должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов — с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузок. Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, железобетона или дерева. Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены из стали любой марки сечением не менее 100 мм2 и длиной не менее 200 мм и защищены от коррозии оцинкованием, лужением или окраской. Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм2. Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой, а при недопустимости огневых работ разрешается выполнение болтовых соединений с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом при обязательном ежегодном контроле последнего перед началом грозового сезона. Токоотводы, соединяющие молниеприемники всех видов с заземлителями, следует выполнять из стали. 3. Зоны защиты молниеотводов Зона защиты молниеотвода — пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с надежностью не ниже определенного значения. Наименьшей и постоянной надежностью обладает поверхность зоны защиты; в глубине зоны защиты надежность выше, чем на ее поверхности. Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5% и выше, а типа Б — 95 % и выше. Проект молниезащиты одноэтажной деревянной конюшни http://www.project.bulgaria-burgas.ru/project-stable_1_lightning_protection.htm Сельскохозяйственные постройки относятся к обычным с точки зрения молниезащиты в соответствии с СО и к 3-ей категории согласно РД. Тип зоны защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов - Б. Комплекс мероприятий по обеспечению молниезащиты конюшни Установка 15 стержневых молниеприемников (молниеотводов) высотой не менее 6 м (из нержавеющей стали или алюминия), равномерно распределенных по краям кровли внутренней части здания. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода представляет собой круговой конус. Устройство токоотводов с применением омедненной проволоки D=8 мм, все молниеприемники так же соединяются между собой для организации пяти отводов тока. Монтаж заземляющего устройства, состоящего из двух вертикальных электродов длиной 3 м, объединенных горизонтальным электродом (омедненная проволока диаметром 10 мм). Расстояние от электрода до стен здания не менее 1 м, заглубление не менее 0,7 метра. Подключить заземляющее устройство к вводному щиту при помощи провода. Возможно использование активного молниеприемника - устройство молниезащиты рассчитанное на контакт с каналом молнии. Активное устройство обеспечивает расширенную зону молниезащиты за счет электронной схемы в монолитном корпусе. При образовании грозового фронта вблизи защищаемого объекта, между грозовым облаком и землей образуется напряженность, которая заряжает молниеприемник. При накоплении заряда происходит разряд устройства. Эта энергия образует от молниеприемника нисходящий лидер, направленный к лидеру с тучи. После соединения образуется канал, по которому проходит основной атмосферный разряд. Скорость и время образования нисходящего лидера от активного молниеприемника намного выше, чем у традиционного. Таким образом, зона защиты объекта увеличивается в несколько раз. ГОСТ 12.1.018 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования. ГОСТ 12.4.124 Система стандартов безопасности труда. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования.