Rakennusten ja tilojen ukkossuojaus

Salaman purkautuminen ilmakehän sähköstä voi aiheuttaa eristysvaurioita, sähköasennusonnettomuuksia, ihmisonnettomuuksia sekä rakennusten ja rakenteiden tuhoutumista.

Salaman ulkonäkö

Kun aurinko lämmittää maan pintaa, syntyy vesihöyryn kyllästämiä ylöspäin suuntautuvia ilmavirtoja. Pienemmät vesihiukkaset ovat negatiivisesti varautuneita, suuremmat positiivisesti varautuneita.

Tuulen ja painovoiman vaikutuksesta tapahtuu vastakkaisesti varautuneiden hiukkasten erottuminen. Yli 5 kilometrin korkeuteen nousevien pilvien vesihiukkaset jäätyvät ja romahtavat. Positiivisesti varautuneet kiteet sijaitsevat pilven yläosassa, 5-7 km:n korkeudessa, negatiivisesti varautuneet - 2-5 km:n korkeudessa. Pilvien varausten erottumisen seurauksena muodostuu ns. Avaruusvarauksilla ja ukkospilven eri osilla on erilaiset varausarvot ja -merkit. Pilven pohjalta tulevat varaukset aiheuttavat päinvastaisen merkin varauksia maahan.

Pilvien ja maan väliin sekä pilven eri osien väliin tai eri pilvien väliin syntyy voimakkaita kenttiä – useita kymmeniä tuhansia voltteja senttimetrillä. Kenttävoimakkuudella noin 30 kV / cm tapahtuu ilman ionisaatio, alkaa läpimurto - niin kutsuttu johtajapurkaus (hämärästi hehkuva kanava, jonka halkaisija on 10–20 m), liikkuu keskinopeudella 200– 300 km/s.

Kentän vaikutuksesta latautuu maahan — alueilla, joilla on lisääntynyt johtavuus (kosteat paikat, sähköä johtavat kerrokset jne.) tai korkeilla esineillä (kukkulat, savupiiput, vesitornit, pylväät, sähkölinjat, puut, erilliset rakennukset tasangolla jne.) — siirry kuljettajaa kohti.

Johdin suunnataan kohteeseen, jonka suhteen sähkökentän jännite on suurin ja sitten tapahtuu voimakas vastapurkaus, joka etenee valonnopeutta verrattavalla nopeudella (kuva 1). Lisäksi alle kymmenessä tuhannesosassa sekunnissa vaurioituneen rakenteen läpi kulkee satojen tuhansien ampeerien suuruinen virta, jonka vaikutuksesta plasma lämpenee useisiin kymmeniin tuhansiin asteisiin ja alkaa hehkua kirkkaasti.

Poiston valovaikutus havaitaan salamana, ja ilman räjähtävä laajeneminen poistokanavassa tuottaa ääniefektin - ukkonen.

Riisi. 1. Kaavio ukkospilven sähköistymisprosessista ja salamapurkauksen kehittymisestä kohti maakohdetta.

Mittaukset osoittavat, että noin 3/4 purkauksista on peräisin pilven negatiivisesti varautuneista osista ja 1/4 purkauksista positiivisesti varautuneilta alueilta. Ensimmäisen jälkeen voi esiintyä useita peräkkäisiä vuotoja.

Salamapurkauksille on tunnusomaista seuraavat parametrit:

• virran amplitudi — yleisimmin havaittu virta on 10–30 kA, 5–6 %:ssa mittauksista virta saavuttaa 100–200 kA;

• aaltorintaman pituus — salamavirran nousun kesto sen maksimiarvoon (yleensä 1,5-2 μs).

Paljon harvemmin havaitaan pallosalamaa, joka on hehkuva plasmapallo, jonka halkaisija on enintään puoli metriä ja joka liikkuu hitaasti ilmavirtojen vaikutuksesta maan pinnalla. Pallosalama tunkeutuu rakennuksiin savupiippujen, ikkunoiden ja ovien kautta.

Jos pallosalama koskettaa elävää organismia, tapahtuu kuolemaan johtavia vammoja, vakavia palovammoja ja rakenteisiin joutuessaan tapahtuu räjähdys ja esineiden mekaaninen tuhoutuminen. Pallosalaman luonnetta ei vieläkään ymmärretä hyvin.

Salaman vaikutukset rakennuksiin ja rakenteisiin

Suora salamanisku aiheuttaa tukien halkeamista, rakenteiden sulamista, syttymistä ja räjähdystä, mekaanista tuhoa, metallirakenteiden ei-hyväksyttävää kuumenemista niiden läpi kulkevasta salamasta maahan. Käyttötietojen mukaan salama palaa metallilevyn läpi, jonka paksuus on 4 mm.

Sähköstaattinen induktio ilmenee suuren potentiaalin syntymisenä eristettyihin metallirakenteisiin ja johtoihin, mikä johtaa maan tuhoutumiseen, mikä puolestaan ​​voi aiheuttaa sähköiskun ihmisille, räjähtävien seosten syttymisen ja räjähdyksen sekä vaurioittaa eristys sähköasennuksissa.

Sähkömagneettinen induktio ilmenee induktiona purkausvirran aikana toisistaan ​​eristetyissä metallirakenteissa ja yhteyksissä (palkit, kiskot, putkistot jne.), jotka ovat eristettyjä toisistaan ​​ja maasta, mikä voi aiheuttaa kipinän tai kaaren.

Salamapurkauksen sattuessa suuria potentiaalia syntyy myös ulkoisten maarakenteiden ja yhteyksien varrelle.

Rakennukset ja tilat, riippuen niiden tarkoituksesta ja salaman toiminnan voimakkuudesta niiden sijaintialueella, on suojattava salaman aiheuttamilta vaurioilta tai salamanpurkauksen aiheuttamilta sivuvaikutuksilta.

Alue Uralista Krasnojarskiin ja Krasnojarskin eteläpuolella, Krasnojarskista Habarovskiin kuuluu alueille, joilla ukkosmyrskyjen keskimääräinen kesto on 40–60 tuntia. Krasnojarskin pohjoispuolella, Krasnojarskista Nikolaevsk-on-Amuriin, ukkosmyrskyjen keskimääräinen kesto on 20-40 tuntia. Ukkosmyrskyjen aktiivisuus lisääntyy 60 tunnista 80 tunnista vuodessa Ylä-Altain alueilla (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Rakennusten ja rakenteiden ukkossuojaus on suoritettava erikoistuneiden organisaatioiden kehittämien hankkeiden mukaisesti.

Suojaus suorilta salamaniskuilta. Salamanvarsipeittoalue

Salamansuojalaitteiden toiminta koostuu siitä, että sen yli kohoava metallinen salamanvarsi asennetaan lähelle suojattua kohdetta, joka on kytketty luotettavasti maahan. Kun salamapurkaus tapahtuu, maahan syöksyvä johdin lähestyy kohonneen johtavuuden korkeinta pistettä (maadoitetun ukkosenvarren yläosa toimii sellaisena pisteenä) ja purkaus tapahtuu salamanvarsilla ohittaen suojatun kohteen.

Yksisauvaisen ukkosenvarren suojavyöhyke, jonka korkeus on h, on kartio, jonka korkeus on 0,92 h ja jonka pohja on ympyrän muotoinen, jonka säde on 1,5 h (kuva 2).

Kaikki kartioon sopivat rakenteet suojataan suoralta salamaniskulta vähintään 95 %:n luotettavuudella (vyöhyke B).Kartion sisällä, jonka korkeus on 0,85 tuntia ja pohjasäde 1,1 tuntia, suojauksen luotettavuus on 99,5 %. (Vyöhyke A).

Riisi. 2. Yksisauvaiset salamansuojavyöhykkeet. A — suojavyöhyke 99,5 %:n luotettavuudella; B — suojavyöhyke 95 %:n luotettavuudella; 1 - salamanvarsi; 2 — suojattu kohde.

Jos tontin pinta-ala on suurempi kuin suojattu alue, on tarpeen nostaa ukkosenvarren korkeutta tai asentaa useita salamanvarsijoita.

Suojaus salaman toissijaisia ​​vaikutuksia vastaan

Pääasiallinen toimenpide, jolla torjutaan suuria potentiaalia rakennuksissa tai rakenteissa, jotka johtuvat sähköstaattisesta induktiosta ilmakehän purkausten aikana, on rakennuksen kaikkien johtavien osien maadoitus.

Vaikutuksen poistamiseksi elektromagneettinen induktio pitkänomaisissa metallielementeissä (putket, metallirakenteet jne.) viimeksi mainitut on yhdistetty luotettavasti metallisilloilla.

Suurten potentiaalien siirtymisen eliminoimiseksi antenni- ja maanalaisen viestinnän kautta teho-, radio-, merkinanto- ja tietoliikenneverkkojen tulot on toteutettu kaapeli- ja venttiilirajoittimilla (esim. RVN-0.5) ja kipinäraoilla, jotka laukeavat, kun jännitteen nousut asennetaan.