Защита от молний

Грозы

Гроза – наиболее распространенное опасное атмосферное явление.

Гроза начинается с подъема столба воздуха, образующего белое облако. Внутри растущего облака воздух интенсивно перемешивается, при этом скорость восходящих потоков может иногда превышать 100 км/час. Высота таких облаков может доходить до 18 км.

Большинство гроз проходят свой жизненный цикл за время меньше часа, разрядившись несколькими молниями и дождем. Некоторые же грозы охватывают огромные пространства, могут длиться часами и вызывать мощные восходящие и нисходящие потоки. Часто они являются источником града и вызывают торнадо. При грозе выпадает большое количество осадков, однако, наибольшую опасность представляют электрические разряды – молнии.

Молния – это гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом. Наиболее часто молнии возникают в кучево–дождевых облаках.

В раскрытие природы молнии внесли вклад американский физик Б. Франклин (1706 – 1790), русские ученые М. В. Ломоносов (1711 – 1754) и физик Г. Рихман (1711 – 1753), погибший от удара молнии при исследовании атмосферного электричества.

Молнии делятся на внутриоблачные, т.е. проходящие в самих грозовых облаках, и наземные, т.е. ударяющие в землю.

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий.

На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизируют их. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов – стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые соединяясь, дают начало яркому термоионизированному каналу с высокой проводимостью – ступенчатому лидеру.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью 5^.10⁷ м/с, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мкс, а свечение сильно ослабевает. В последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров, яркое свечение при этом охватывает все пройденные ступени. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. На этом явлении основано создание молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизированному лидером каналу следует обратный, или главный разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, сильной яркостью и большой скоростью продвижения 10⁸ – 10⁷ м/с. Температура канала при главном разряде может превышать 25000 °С, длина канала молнии 1 – 10 км, диаметр – несколько сантиметров. Такие молнии называются затяжными. Они наиболее часто бывают причинами пожаров. Обычно, молния состоит из нескольких повторных разрядов, общая длительность которых может превышать 1 с.

В отличие от опасных молний, называемых линейными, существуют шаровые молнии, которые нередко образуются вслед за ударом линейной молнии.

Молнии, как линейная, так и шаровая, могут быть причиной тяжелых травм и гибели людей. Удары молний могут сопровождаться разрушениями, вызванными ее термическими и электродинамическими воздействиями. Наибольшие разрушения вызывают удары молний в наземные объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара и землей. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которых создается очень высокая температура, и часть материала испаряется со взрывом и с последующим воспламенением.

Наряду с этим, возможно возникновение больших разностей потенциалов между отдельными предметами внутри строения, что может быть причиной поражения людей электрическим током. Весьма опасны прямые удары молнией в воздушные линии связи с деревянными опорами, так как при этом могут возникать разряды с проводов и аппаратуры (телефон, выключатели) на землю и другие предметы, что может привести к пожарам и поражению людей электрическим током. Прямые удары молнии в высоковольтные линии, электропровода могут быть причиной коротких замыканий. Опасно попадание молнии в самолеты. При ударе молнии в дерево могут быть поражены находящиеся вблизи него люди.

Электрические разряды молнии имеют силу тока от нескольких единиц до 200 кА. Обычно, ступенчатый лидер переносит вниз отрицательный заряд. Иногда он переносит и положительный заряд.

Повреждения, наносимые молнией, обусловлены высоким напряжением, большой силой тока в канале молнии и температурой, достигающей 40000 °К. Сильный ток, прошедший через тело человека от удара молнии, вызывает остановку сердца.

Разряды атмосферного электричества способны вызвать взрывы, пожары и разрушения зданий и сооружений, что привело к необходимости разработки специальной системы молниезащиты.

Молниезащита – комплекс защитных устройств, предназначенных для безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от разрядов молнии.

Здания и сооружения подлежат молниезащите в соответствии с СО 153.34.21122-03. В зависимости от вероятности вызванного молнией пожара или взрыва, исходя из масштабов возможных разрушений или ущерба, нормами установлены три категории устройства молниезащиты.

В зданиях и сооружениях, отнесенных к I категории молниезащиты, длительное время сохраняются и систематически возникают взрывоопасные смеси газов, паров и пыли, перерабатываются или хранятся взрывчатые вещества. Взрывы в таких зданиях, как правило, сопровождаются значительными разрушениями и человеческими жертвами.

В зданиях и сооружениях II категории молниезащиты названные взрывоопасные смеси могут возникнуть только в момент производственной аварии или неисправности технологического оборудования, взрывчатые вещества хранятся в надежной упаковке.

В зданиях и сооружениях III категории от прямого удара молнии может возникнуть пожар, механические разрушения и поражения людей. К этой категории относятся общественные здания, дымовые трубы, водонапорные башни и др.

Здания защищаются от прямых ударов молнии молниеотводами. Зоной защиты молниеотвода называют часть пространства, примыкающую к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты А обладает степенью надежности 99,5 % и выше, а зона защиты Б – 95 % и выше.

2. Гидросферные опасности

Дата добавления: 2014-01-20