Статьи про молниезащиту: Статьи о молниезащите и заземлении

Содержание

Молниезащита для новичков. Серия статей начального уровня для знакомства с темой.

Это серия статей о молниезащите наземных сооружений от прямых ударов молнии и от её вторичных воздействий. Последние относят сегодня к категории внутренней молниезащиты.

Речь пойдёт не только о жилых зданиях, но и об офисных, о промышленных и складских сооружениях. Будут рассмотрены основные виды опасных проявлений молнии, обусловленных контактом с её высокотемпературным каналом, воздействием тока и электромагнитного поля в воздухе и в грунте.

Предполагается свести математический аппарат к элементарным формулам, но, тем не менее, предоставить читателю возможность инженерных оценок, достаточных для определения степени опасности конкретных молниевых воздействий, частоты их возникновения и эффективности выбранных средств защиты.

 

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

 

1. Стоит ли заниматься молниезащитой?

Такой вопрос закономерно возникает не только у г. Плюшкина, но у любого здравого собственника, когда он с гордостью осматривает только что построенный коттедж, новое складское помещение, здание торгового центра или уже введенный в работу производственный цех.

Вопрос не праздный. Молниезащита стоит денег, в ряде случаев не малых, а грозы в наших местах не так уж часты, длятся они час, два от силы, да и большинство молний вспыхивает между облаками, а не устремляется к земле. Рядом стоят давно построенные дома. Никаких молниеотводов на них не видно. Все там цело и никто не жалуется.

С этого, пожалуй, и надо начинать. Молниеотводов действительно не видно, но кто сказал, что здания не защищены от молнии? Молниезащита – это не только и даже не столько установка молниеотводов. Чтобы защититься от молнии сегодня, приходится создавать целый арсенал защитных средств, потому что молния очень изобретательна в выборе оружия и предпочитает обходные маневры лобовой атаке.

(продолжение на отдельной странице)

 

2. Молния глазами пожарного

Много лет назад, когда в стране ещё активно работала студия научно-популярных фильмов. в нашу лабораторию приехали киношники. Они хотели снять сюжет о лабораторных испытаниях молниеотводов.

На рабочем поле под генератором на 3 миллиона вольт (он был закреплен под потолком и висел вверх ногами) разместили декорацию. Искра длиной в 6 метров была успешно перехвачена моделью стержневого молниеотвода. Теперь настала очередь показать нерадивого хозяина, у которого дом без молниеотвода. По сценарию после удара искры – молнии он должен сгореть. Искра не промахнулась. Она пробила фанерную крышу декорации и ударила в заземленный металлический пол лаборатории. Пламени не было. Плеснули на крышу спирта, повторили разряд – эффект тот же. Поставили внутрь игрушечного домика блюдце со спиртом и через проволоку подвели искру прямо к нему. Не помогло. Киношники уехали ни с чем, жалуясь на слабую мощность искры.

Претензии к искре предъявляли зря. Температура её канала была никак не меньше 6000 C, примерно столько же, как у дуги хорошего сварочного аппарата. Время существования искры оценивалось в десятки микросекунд. Примерно столько же длится мощный импульс тока в канале молнии. А вот пожара так и не получилось, даже игрушечного.

(продолжение на отдельной странице)

 

4. После удара молнии в землю

После этой телепередачи «Новостей» с популярностью высоковольтников не могли соперничать даже поп-звезды. Всем хотелось знать, правда ли, что после удара молнии гражданин Китая грохнулся на землю, быстро вскочил, отряхнулся и хотел было двинуться дальше, но вторая молния сбила его с ног ещё раз и опять без смертельного исхода. Похожих историй немало. В популярных книжках и журналах вам расскажут о массовом поражении футболистов на стадионе, пассажиров на автобусной остановке, едва ли не целого стада коров на пастбище. Истории жуткие. Десяток человек в больнице. Но в больнице же, — не на кладбище. Может быть опасность молнии сильно преувеличена, если человек в состоянии выдержать её прямое воздействие? Только кто сказал, что воздействие прямое? Чаще всего это не так.

(продолжение на отдельной странице)

 

3. Бояться ли молнии?

«Боитесь ли вы молнии» – мне неприятна такая постановка вопроса. Она по своей сути предполагает обреченность и безынициативность. Лучше уж обсуждать опасность молнии. Это слово подразумевает конкретные воздействия, которые следует знать и от которых следует защищаться. Знание всегда активно. Оно предполагает ответные действия. Главная цель этой статьи – устранить мифические страхи и подтолкнуть читателя к эффективной защите от молнии.

Когда пугают молнией, в первую очередь называют напряжение на ее канале относительно земли. Сто миллионов вольт звучат очень впечатляюще, особенно для человека, который ненароком сунул пальцы в розетку с напряжением всего в 220 В. Не пытайтесь сопоставить эти два напряжения, чтобы оценить силу молнии. Такое сравнение не даст честного результата. Прямой контакт с электрической сетью 220 В заставит вас в полной мере 220 В и почувствовать. А при ударе молнии в человека напряжение распределится прямо пропорционально по сопротивлениям молниевого канала и человеческого тела. Специалисты по технике безопасности ориентируются на сопротивление человека в 1000 Ом. Сколько у молнии? Пока молниевый канал прорастает к земле, его проводимость не слишком велика. Сопротивление канала вполне может составлять 100 Ом на метр длины. При длине в 5000 м (это вполне средняя цифра для молнии) получается в 500 раз больше, чем у человека. Значит человек попадет не под 100 000 000 В, а всего под 200 000 В.

(продолжение на отдельной странице)

 

5. Надёжны ли молниеотводы?

Изобрести молниеотвод очень просто. Молния это всего лишь длинная искра, которая пробивает слой воздуха, очень качественного изолятора. Чем толще этот слой, тем труднее его пробить. Значит нужно помочь молнии, сократив длину изоляционного промежутка. Это и делает металлический штырь молниеотвода. Всякие “мелочи” вроде доказательства электрической природы молнии, постановки совсем небезопасного эксперимента с запуском змея в грозовое облако мы опускаем. Б. Франклину они стоили многого. На его счастье змей тянул за собой не проволоку, а тонкую тканевую нить. Даже намокнув, она была очень посредственным проводником. Иначе бы имя Франклина было поставлено в один ряд с Г. Рихманом – первой жертвой среди известных исследователей молнии. Его бюст стоит на одной из улиц Пярну в Эстонии, откуда он родом.

(продолжение на отдельной странице)

 

6. Зачем нужны токоотводы?

Молниеотвод – простое устройство. Он состоит из молниеприёмника, в который ударяет молния, и заземляющего устройства, через которое ток молнии попадает в землю и растекается там. Молниеприёмник должен быть металлически связан с заземлителем. Эту связь осуществляет токоотвод. Его функцию часто выполняют металлоконструкции опоры, на которой установлен молниеприёмник. В этом случае ток молнии потечёт к земле через арматурные стержни, спрятанные в бетоне. Казалось бы, все понятно и не нуждается в объяснениях. Тем не менее, специалисты продолжают присматриваться к токоотводам и с каждым годам все пристальнее. Столь повышенный интерес к пассивно ведущей себя железке заслуживает внимания.

(продолжение на отдельной странице)


Смотрите также:

Совершенствование средств молниезащиты, используемых в сельской местности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.316.9 ББК 3247.1-52

Л.М. РЫБАКОВ, Н.Л. МАКАРОВА, АО. ЗАХВАТАЕВА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ МОЛНИЕЗАЩИТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ

Ключевые слова: лидер молнии, активные и управляемые молниеотводы, атмосферное электричество, сопротивление заземления.

Целью данной статьи является совершенствование средств молниезащиты, используемых в сельской местности. Дана оценка изменения состояния количества атмосферного электричества в приземном слое в предгрозовой период. Для совершенствования молниезащиты объектов в настоящее время разрабатываются и используются активные молниеотводы. Современные активные молниеотводы основаны на прорастании встречного лидера от молниеотводов к нисходящему лидеру тока молнии, которые способствуют перехвату нисходящего лидера молнии и отводу разряда от защищаемого объекта. В зоне активного молниеотвода в период грозовой активности накапливается объемный заряд, который препятствует прорастанию восходящего лидера, что снижает уровень защиты объектов, поэтому необходимо совершенствовать систему молниезащиты, повышая ее эффективность до 100%. Для этого нужны дополнительные исследования по учету состояния атмосферного электричества нижних слоев атмосферы в предгрозовой период.

Отличительной особенностью молниезащиты в сельской местности по сравнению с условиями города, где сосредоточено большое число объектов, имеющих значительную высоту по сравнению с защищаемыми зданиями (дымовые трубы высотой 80-120 м; телевизионные, ретрансляционные вышки -80-100 м; вышки мобильной связи высотой более 80 м; жилые дома высотой до 50 м), является отсутствие высоких экранирующих объектов от разряда лидера молнии. Высота зданий в сельской местности не превышает двух этажей (высота не более 10 м). Инженерные сооружения — здания птицефабрик, ферм крупного рогатого скота, свиноферм в основном строятся одноэтажными.

В настоящее время происходит концентрация производства продукции животноводства с использованием средств автоматизации управления технологическими процессами в крупных животноводческих и птицеводческих фермах на основе микропроцессорных систем, которые чувствительны к внешним проявлениям токов молнии.сЫйес» типа Е.8.Е. (рис. 1) характеризуется тем, что он активизируется с помощью эффекта роста напряженности электрического поля в атмосфере при грозе1.

1 Стандарт №С 17-102 (Франция). 2011.

Работа активного молниезащитного устройства «Forend» осуществляется за счет разности потенциалов, образующихся между грозовым облаком и поверхностью земли [1].

Активный молниеприемник «Eritech Dynasphere (Eritech System 3000)» представлен на рис. 3, он обладает свойством перехвата разрядов молнии и отвода их в землю, однако опыт длительной эксплуатации и эффективности защиты данного молниеотвода в технической литературе не представлен [4].

Рис. 1. Детали молниеотвода «ЗсЫйес»: 1 — молниеуловитель; 2 — ионный генератор; 3 — ускоритель заряженных частиц

и атмосферные электроды; 4 — вывод заземляющего устройства

, Нисходящим лидер \ молнии (заряд О}

у С Заряду лидера Q

Рис. 3. Активный молниеприемник «Eritech Dynasphere»

Рис. 2. Конструкция активного молниеприемника «Богепё»: 1 — наконечник; 2 — корпус из нержавеющей стали; 3 — формирующий блок; 4 — крепежный винт; 5 — резьбовое соединение с мачтой; 6 — мачта

Активный молниеотвод «М-200» показан на рис. 4 — изобретение ООО «Космос — Нефть — Газ». Электронный блок активного молниеотвода «М-200» работает по принципу автономного генератора, способного заряжаться от энергии электрического поля грозового фронта, и инициирует опережающий встречный лидер. Встречные лидеры также могут генерироваться от близлежа-

щих объектов при использовании пассивных молниеотводов. Для работы активного молниеотвода «М-200» не требуется внешнее питающее напряжение [5].

Средства активной молниезащиты пока не нашли отражения в существующей нормативной базе Ростех-надзора в РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений», поэтому возможности их использования на территории Российской Федерации ограничены.

Активные молниеприемники — относительно новый вид молниезащиты. Работы по совершенствованию этих систем должны продолжаться, так как имеются критические отзывы по данным молниеотводам [2, 7, 8, 9, 10]. Основным недостатком активных молниеотводов является отсутствие средств управления встречным лидером на нисходящий лидер в начальный период грозовой деятельности с учетом количественных показателей отношений положительных и отрицательных ионов.

Необходимы дальнейшие научные исследования по совершенствованию активных молниеотводов, которые придут на смену традиционным способам мол-ниезащиты.

В литературных источниках имеются данные по оценке состояния атмосферного электричества в нижних слоях атмосферы: среднесуточные значения концентраций положительных п+ и отрицательных п ионов; значения удельной электрической проводимости атмосферы р и плотности объемного заряда X, которые приведены на рис.

—г

—-

—I—I—I

Рис. 5. Суточный ход значений концентрации положительных (п+) и отрицательных (п-) легких атмосферных ионов, удельной электрической проводимости атмосферы (р) и плотности объемного заряда (X)

Исследование показали, что в предгрозовой период атмосферное электричество меняется по количеству содержания положительных и отрицательных ионов на 1 см3.

ФСм/м 24

20

X

40

30

Р

20

10

Однако литературный обзор показал, что данных исследований в этом направлении недостаточно.

Нами были проведены исследования по измерению количества положительных и отрицательных ионов при разных погодных условиях за период грозового сезона с мая по сентябрь месяцы с помощью аэроионного счетчика МАС-01 [6]. Результаты полученных измерений в полевых условиях при ясной погоде, в предгрозовое и послегрозовое время приведены в таблице.

Отношение концентрации положительных и отрицательных ионов (п+/п-) при ясной погоде, в предгрозовое и послегрозовое время в открытой атмосфере, зарегистрированных в полевых условиях

Тип погоды Значения концентрации положительных и отрицательных ионов

опыт 1 опыт 2 опыт 3 опыт 4 опыт 5

Ясная погода 0,88 0,91 0,71 0,57 0,69

Предгрозовое время 133 124 128 130 127

Послегрозовое время 1,26 1,17 1,15 1,20 1,30

Разница между количеством атмосферных ионов в ясную погоду и предгрозовой период может служить для прогнозирования начала грозовой активности в данном регионе.

Из полученных наблюдений можно сделать вывод, что при прогнозировании грозовых разрядов молнии и для усовершенствования молниезащиты инженерных сооружений в сельской местности помимо повышенной влажности следует учитывать также отношение положительных и отрицательных ионов, которые в лабораторных условиях дают явную картину зависимости ионизационного состояния атмосферы и разрядов молнии.

В предгрозовой период у поверхности земли с превалирующей концентрацией находятся положительные ионы, во время дождя происходит спад концентрации катионов, после выпадения осадков наблюдается повышенная концентрация анионов (рис. 6).

Рис. 6. График движения атмосферных заряженных ионов при различных погодных условиях

Предлагается оснастить активный молниеотвод блоком управления для запуска восходящего лидера в период начала грозовой деятельности и предотвращения поражения зданий и сооружений в сельской местности. Блок-схема устройства приведена на рис. 7.

Рис. 7. Блок-схема управляемого активного молниеотвода

На рис. 8 приведен вид молниезащиты здания с использованием управляемого активного молниеотвода.

Рис. 8. Примерный вид молниезащиты здания с использованием управляемого активного молниеотвода: 1 — активный молниеотвод;

2 — изоляционная вставка; 3 — управляемый заземляющий спуск; 4 — пульт управления;

5 — заземлитель; 6 — малогабаритный аэроионный счётчик МАС-01

В качестве управляющего блока используется датчик включения управляемого молниеотвода, основанный на измерении разности атмосферных заряженных ионов в ясную погоду и предгрозовой период. При величине разности отношений п+/п- более 100 дается команда датчиком на включение управляемого молниеотвода. По завершении грозовых разрядов датчик приводит управляемый активный молниеотвод в исходное положение.

Преимущество предлагаемого молниеотвода — отсутствие сложных элементов, которые заряжаются от напряженности поля грозового облака и образуют восходящий лидер. Первый недостаток активного молниеотвода — при напряженности грозового облака и изменении траектории их движения заряд активных молниеотводов может быть недостаточным для создания встречного лидера. Это создает запоздалое движение восходящего встречного лидера к нисходящему от грозового облака. Указанные обстоятельства ухудшают грозозащиту зданий, сооружений, и молниезащита составляет не более 90%. Вторым недостатком существующих активных молниеотводов при раннем

запуске устройств ионизации от конца активного молниеотвода является создание значительного объемного заряда, который препятствует возрастанию встречного восходящего лидера к грозовому облаку. Это также снижает вероятность защиты объекта. Поэтому необходима разработка устройств по управлению объемным зарядом в месте выхода встречного лидера. Третьим недостатком являются сложное устройство генерации высокого напряжения, их недостаточная надежность, невозможность для многократного применения и необходимость ревизии после каждого срабатывания.

Для электроснабжения устройства генерации высокого напряжения и автоматизированного управления молниеотводом применяются нетрадиционные источники энергии (солнечное излучение), которые используются для включения привода ножей заземляющих устройств.

Интенсивность грозовой деятельности в регионе Средней Волги начинается с 20 апреля и продолжается до 20 октября. В данный же период увеличивается активность солнечного излучения, что является немаловажным фактом использования указанного энергоносителя в качестве работы автоматического электропривода.

Предлагается полезная модель на основе активного молниеотвода, подвергающегося следующей модернизации. Рядом с молниеотводом устанавливается солнечная панель как источник питания привода заземления. В нормальном режиме молниеотвод не заземлен. В предгрозовой период за счет роста зарядов атмосферного электричества срабатывает реле и напряжение, накопленное от солнечного элемента в аккумуляторе, подается на коммутационный аппарат для включения заземляющего устройства и нисходящий лидер от грозового облака ориентируется на заземляющее устройство молниеотвода.

Схема установки активного управляемого молниеотвода показана на рис. 9.

Рис. 9. Схема установки активного управляемого молниеотвода

Преимущества предлагаемого активного управляемого молниеотвода: 1. Срабатывает только при достижении максимального отношения атмосферных зарядов п+/п- > 100.

2. Длительность разрядных процессов составляет несколько секунд, что обеспечивает рост встречного лидера к нисходящему лидеру молнии.

3. Непрерывная готовность блока питания, работающего от солнечных элементов. Интенсивность работы солнечных элементов совпадает с интенсивностью грозовой деятельности для регионов средней Волги с апреля по октябрь.

Литература

1. Активное молниезащитное устройство FOREND // Technical Specifications of FOREND E.S.E. Active Lightning Conductors. 2013-2014. Available at: http://www.forend.com.tr/wp-content/uploads/katalog/forend_2014.pdf.

2. Базелян Э.М. Активные молниеотводы // Электротехнический рынок. 2008. № 4.

3. VII Всероссийская конференция по атмосферному электричеству (24-28 сентября 2012 г.): сб. тр. СПб.: ФГБУ «Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова», 2012. 227 с.

4. Лопарев А. Молниезащита и заземление. Активная молниезащита // Каталог оборудования. 2011. Available at: http://www/kriz.kz/prev/index.php&option=com_k2&view=item&id=198: eritech-dynasphere&Itemid=273.

5. Пат. 2208887 Российская Федерация, МПК7 H 02 G 13/00, H 02 H 9/06. Установка молниеотводов; крепление их на несущих конструкциях с использованием разрядников с искровым промежутком / Матвеев В.М., Насонов С.В., Писаревский Ю.В.; заявитель и патентообладатель ООО ФПК «Космос-Нефть-Газ». № 2002116902/09; заявл. 24.06.2002; опубл. 20.07.2003.

6. Рыбаков Л.М., Ласточкин С.В. Исследование поведения лидера молнии в сельской местности при различных воздействующих факторах для выбора молниезащиты объектов // Вестник чувашского университета. 2015. № 1. С. 111-115.

7. Becerra M., Cooray V. The early streamer emission principle does not work under natural lightning. Proc. of 10th ICLP, oz do Iguaju, Brazil, Nov. 2007. http://www.acade-mia.edu/29888791/The_early_streamer_emission_principle_does_not_work_under_natural_lightning_.

8. Cooray V. Non conventional lightning protection systems. Proc. of 30th ICLP, Cagliari, Italy, Sept. 2010. Available at: http://www.iclp-centre.org/pdf/Invited-Lecture-Cooray-2010.pdf.

9. Rison W. Experimental Validation of Conventional and Non-Conventional Lightning Protection Systems. Available at: http://www.akihito-shigeno.com/files/Experimental_Validation_of_ Con-ventional_and_Non_Conventional_Lightning_Protection.pdf.

10. Uman M.A., Rakov V.A. A critical review of nonconventional approaches to lightning protection. Bulletin of the American Meteorological Society, 2002, vol. 83, iss. 12.

РЫБАКОВ ЛЕОНИД МАКСИМОВИЧ — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электроснабжения и технической диагностики, Марийский государственный университет, Россия, Йошкар-Ола ([email protected]).

МАКАРОВА НАДЕЖДА ЛЕОНИДОВНА — кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и технической диагностики, Марийский государственный университет, Россия, Йошкар-Ола ([email protected]).

ЗАХВАТАЕВА АЛЕНА ОЛЕГОВНА — магистрант кафедры электроснабжения и технической диагностики, Марийский государственный университет, Россия, Йошкар-Ола ([email protected]).

L. RYBAKOV, N. MAKAROVA, A. ZAKHVATAEVA

IMPROVING MEANS OF LIGHTNING PROTECTION USED IN RURAL AREAS

Keywords: lightning leader, active and controlled lightning rods, atmospheric electricity, grounding resistor.

The purpose of this article is to improve the means of lightning protection used in rural areas. The estimation of changes of the amount of the atmospheric electricity in the surface layer in pre-storm period is shown. To improve the protection of objects from lightning, active lightning rods are currently being developed and used. Modern active

lightning rods are based on the germination of the counter leader from the lightning rod to the downward leader of the lightning current, which contributes to the interception of the downward leader of the lightning and the removal of the discharge from the protected object. In the area of active lightning protection system in the period of thunderstorm activity volumetric charge is accumulated preventing the germination of the upward leader, thus reducing the protection level of the objects. Therefore, it is necessary to improve the lightning protection system, increasing the efficiency to 100%. More research is needed to estimate the atmospheric electricity of lower layers in pre-storm period.

References

1. Aktivnoe molniezashchitnoe ustroistvo FOREND [Active molniezaschita device FOREND]. Technical Specifications of FOREND E.S.E. Active Lightning Conductors. 2013-2014. Available at: http://www.forend.com.tr/wp-content/uploads/katalog/forend 2014.pdf.

2. Bazelyan E.M. Aktivnye molnieotvody [Active lightning rods]. Elektrotekhnicheskii rynok [Electrotechnical market], 2008, no. 4.

3. VII Vserossiiskaya konferentsiya po atmosfernomu elektrichestvu (24-28 sentyabrya 2012 g.): sb. tr. [Proc. of VII Rus. Conf. on atmospheric electricity (24-28 September 2012)]. St. Petersburg, 2012, 227 p.

4. Loparev A. Molniezashchita i zazemlenie. Aktivnaya molniezashchita [Lightning protection and grounding. Active lightning protection]. Katalog oborudo-vaniya [Equipment catalog]. 2011. Available at: http://www/kriz.kz/prev/index.php&option=com_k2&view=item&id=198:eritech-dynasphere&Itemid=273.

5. Matveev V.M., Nasonov S.V., Pisarevskii Yu.V. Ustanovka molnieotvodov; kreplenie ikh na nesushchikh konstruktsiyakh s ispol’zovaniem razryadnikov s iskrovym promezhutkom [Installation of lightning conductors; fastening them to the supporting structures with the use of arresters with spark gaps]. Patent RF, no. 2208887, 2003.

6. Rybakov L.M., Lastochkin S.V. Issledovanie povedeniya lidera molnii v sel’skoi mestnosti pri raz-lichnykh vozdeistvuyushchikh _ faktorakh dlya vybora molniezashchity ob»ektov [The study of the behavior of the leader of lightning in a rural location with different influencing factors for the selection of lightning protection of objects]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2015, no. 1, pp. 111-115.

7. Becerra M., Cooray V. The early streamer emission principle does not work under natural lightning. Proc. of 10th ICLP, oz do Iguaju, Brazil, Nov. 2007. http://www.acade-mia.edu/29888791/The_early_streamer_emission_principle_does_not_work_under_natural_lightning.

8. Cooray V. Non conventional lightning protection systems. Proc. of 30th ICLP, Cagliari, Italy, Sept. 2010. Available at: http://www.iclp-centre.org/pdf/Invited-Lecture-Cooray-2010.pdf.

9. Rison W. Experimental Validation of Conventional and Non-Conventional Lightning Protection Systems. Available at: http://www.akihito-shigeno.com/files/Experimental_Validation_of_ Conventional_and_Non_Conventional_Lightning_Protection.pdf.

10. Uman M.A., Rakov V.A. A critical review of nonconventional approaches to lightning protection. Bulletin of the American Meteorological Society, 2002, vol. 83, iss. 12.

RYBAKOV LEONID — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Power Supply and Technical Diagnostics, Mari State University, Russia, Yoshkar-Ola.

MAKAROVA NADEZHDA — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Electrical and Technical Diagnostics, Mari State University, Russia, Yoshkar-Ola.

ZAKHVATAEVA ALENA — Master’s Program Student of the Department of Electrical and Technical Diagnostics, Mari State University, Russia, Yoshkar-Ola.

Ссылка на статью: Рыбаков Л.М., Макарова Н.Л., Захватаева А. О. Совершенствование средств молниезащиты, используемых в сельской местности // Вестник Чувашского университета. — 2017. — № 3. — С. 130-137.

Полезные статьи

Многие при планировании установки на свой дом системы молниезащиты задумывались, насколько это безопасно.

Перед молниевым разрядом лидер нисходящего МР, рожденного в грозовом облаке на высоте в несколько километров над поверхностью земли, в начале пути движется по непрогнозируемой траектории, претерпевая многочисленные отклонения от вектора напряженности внешнего электрического поля атмосферы. Наблюдается множество незавершенных разрядов.

 
  • 20 июля 2021 17:57:52
  • Просмотров: 83

Компания EZETEK разработала широкую линейку молниеотводов и их комплектующих! Для удовлетворения потребностей наших клиентов, мы разработали пять типов мачт: Стержневая мачта молниеприёмная (СММ). Мачта типа СММ изготавливается из материала: легированная сталь без покрытия. Секция мачты изготавливается размером от 1 до 6 м.

 
  • 13 апреля 2020 13:19:41
  • Просмотров: 700

Системы IP-видеонаблюдения часто выходят из строя, одной из причин отказов видеооборудования является импульсное перенапряжение, возникающее в системе, от импульса тока, возникающего из-за атмосферного разряда, индукции, коммутации или статического электричества и непосредственного повреждения в системе.

 
  • 25 марта 2020 15:38:36
  • Просмотров: 963

УЗИП в частном доме применяют для защиты от грозовых перенапряжений (ГПН), коммутационных перенапряжений (КПН), а также системных перенапряжений взаимодействия. С точки зрения выбора УЗИП частный дом обладает следующими специфическими характеристиками.

 
  • 29 января 2020 14:59:24
  • Просмотров: 4002

Задача: Необходимо защитить здание способом установки высоких молниеотводов на кровле или на фасаде здания. Ошибка: При расчете молниеотвода на кровле или на фасаде, значение h задается высота молниеотвода (от верха кровли).

 
  • 11 декабря 2019 11:43:00
  • Просмотров: 3551

Принцип маркировки УЗИП EZETEK для защиты силовых цепей

 
  • 28 октября 2019 09:38:00
  • Просмотров: 2793

Вопросов, конечно, больше, но если отвечать на все, то пост станет еще длиннее и вы не станете его читать. Готовили подборку вопросов менеджеры по продажам Ezetek и электромонтажники, подписанные на наши группы. Отвечали они же и проектировщики Ezetek.

1. Что нужно знать, чтобы выбрать комплект для заземления частного дома?

Что заземляем? Щиток? Молниезащиту? Или чувствительное устройство? Какой тип грунта на объекте? Для глины скорее всего хватит EZ-6 , для песка нужно начинать с EZ-15 .

2. Как выбрать материал вертикальных заземлителей?..

 
  • 09 октября 2019 15:00:00
  • Просмотров: 1989

Заземление как техническая система представляет собой важное средство защиты и позволяет достичь необходимого уровня электробезопасности. Такие меры, как установка рабочего заземления, защитного заземления или заземления молниезащиты , помогают не допустить поражения человека электрическим током различной природы. Заземление позволяет увеличить безопасность использования электрооборудования и предотвратить его повреждение.

Электрод, помещенный в грунт, находится в непосредственном контакте с землей. Электрический ток проходит по токоотводу к заземлителю и рассеивается в грунте. Таким образом, если система заземления подобрана и установлена правильно, опасное действие тока нейтрализуется.

 
  • 13 августа 2019 15:00:31
  • Просмотров: 2109

На сегодняшний день практически любой жилой частный дом оснащен множеством электрических приборов. При повреждении изоляции фазное напряжение на токопроводящем корпусе электроприбора может представлять большую опасность для жизни и здоровья человека. Обеспечить сохранность и работоспособность электрооборудования в загородном доме, в коттедже или на даче помогает заземление. Благодаря заземлению можно минимизировать помехи в электрической сети и значительно снизить вероятность поражения электрическим током в момент контакта человека с бытовой техникой. Для этого корпус электроустановки или оборудования, или какая-либо иная точка электрической сети соединяется с заземляющим устройством.

 
  • 25 июля 2019 15:38:11
  • Просмотров: 2468

Крыши с углом наклона более 10 градусов наиболее распространены в частных домовладениях. Когда решен вопрос о том, нужно ли делать молниезащиту в частном доме, в основном требуется защитить от молнии именно скатную кровлю. В зависимости от конструкции дома кровля с наклоном может быть, к примеру, односкатная или двускатная, мансардная, вальмовая или шатровая. Вероятность скопления снега, талых и дождевых вод на ее поверхности существенно ниже по сравнению с плоской кровлей, благодаря чему она более практична в эксплуатации. Притом в проекте молниезащиты дома со скатной крышей должно быть учтено наличие снегозадерживающих решеток и водосточных труб, а также любых других выступающих конструктивных элементов. Расположение и размеры дымоходов, вентиляционных труб, антенн, карнизов и мансардных окон обязательно учитываются при подборе оптимальной конфигурации системы молниезащиты здания.

 
  • 22 июля 2019 13:59:25
  • Просмотров: 2376

Молниезащита представляет собой комплекс мер для предотвращения негативных последствий ударов молнии. Говоря о внешней молниезащите зданий, мы подразумеваем классическую технологию, в основе которой – молниеприемник с токоотводами изаземлителем. Установка современной системы молниезащиты, реализованной на основе высококачественного технологичного оборудования, — важный шаг при организации электробезопасности любого сооружения. Но иногда по разным причинам этот шаг откладывается, или же монтаж “громоотвода” осуществляется домовладельцем при помощи подручных средств. Притом, руководствуясь рядом рекомендаций, можно установить молниезащиту недорого и своевременно.

 
  • 22 июля 2019 13:57:23
  • Просмотров: 794

Прямой удар молнии представляет серьезную опасность как для зданий и сооружений, так и для человеческой жизни. Своевременно приняв меры по молниезащите дачи, коттеджа или частного дома, можно оградить себя и свое имущество от множества проблем. Для того, чтобы избежать поражения электрическим током или пожара, следует заблаговременно предусмотреть систему молниезащиты и позаботиться об установке молниеотвода . Молниеотвод представляет собой совокупность проводников, принимающих электрический разряд при прямом ударе молнии и отводящих его в землю.

Во время грозы гром сам по себе лишь сопутствует ударам молнии, не являясь основной причиной разрушений. Несмотря на это, домовладельцы зачастую хотят рассчитать и установить громоотвод в частном доме, подразумевая под этим термином систему молниезащиты. 

 
  • 10 июля 2019 16:52:20
  • Просмотров: 1516

Модульно-штыревая система заземления позволяет обеспечить безопасность эксплуатации электрического оборудования и отвести в землю ток молнии от молниезащиты. Модульный способ обладает рядом достоинств, одно из которых – возможность установить заземление своими руками. Такие плюсы, как простые правила монтажа конструкции и минимум работ для подготовки, приходятся как нельзя кстати, когда нужен комплект заземления для загородного дома или дачи, заземление газового котла или бойлера. Немалое значение имеют и такие преимущества штыревого заземления, как долгий срок службы благодаря значительной устойчивости к коррозии, широкий выбор мест установки и компактность при доставке до объекта защиты. Но перед тем, как купить заземление с целью самостоятельной установки, необходимо подобрать подходящую конфигурацию заземляющего контура и определить, как именно будет осуществляться его монтаж.

 
  • 01 июля 2019 09:59:33
  • Просмотров: 3228

Выбирая заземление, безусловно, хочется остановиться на самом надежном, эффективном и выгодном варианте. Зачастую приходится устанавливать защитные системы в непростых условиях, со строгими ограничениями и значительными требованиями к уровню безопасности. Задача усложняется еще больше, если исходные данные и условия монтажа заземления вынуждают максимально использовать пространство небольшой площади и глубины. А слишком высокое удельное сопротивление грунта в месте установки, казалось бы, может сделать задачу и вовсе невыполнимой.

Такое высокотехнологичное решение, как комплект электролитического заземления, работает благодаря совокупности нескольких факторов. 

 
  • 20 июня 2019 11:09:25
  • Просмотров: 1438

В грозовой сезон эффективная защита от разрядов молнии особенно актуальна. Система внешней молниезащиты представляет собой совокупность проводников, по которым электрический ток отводится в грунт при попадании таких разрядов в молниеприемник. Исправность и долговечность системы во многом зависит от того, насколько качественно и крепко соединены молниеприемники, токоотводы и заземление молниезащиты. Недостаточно надежное соединение проводников молниезащиты может поставить под угрозу работоспособность всей системы. При отсутствии контакта между проводящими частями ток молнии не сможет рассеяться в грунте. Для соединения проводников следует выбирать зажимы, отвечающие определенным требованиям. Не менее важно также правильно выбрать держатели для закрепления проводников на горизонтальной и вертикальной поверхностях. 

 
  • 17 июня 2019 10:57:05
  • Просмотров: 1036

Здание с плоской кровлей – это здание, уклон кровли которого отсутствует вовсе или составляет не более 1-3%. Подобное конструктивное решение характерно для промышленных и производственных сооружений, административных и офисных зданий, торговых помещений различных размеров. Такой объект можно защитить от последствий грозы, установив молниеотвод либо отдельно, на определенном расстоянии, либо непосредственно на кровле. Поскольку реализация первого варианта не зависит напрямую от особенностей кровли, рассмотрим, какие средства используются в случае возможности интеграции системы молниезащиты в экстерьер здания.

 
  • 11 июня 2019 12:00:34
  • Просмотров: 1478

В системе внешней молниезащиты токоотвод выступает важным связующим звеном между молниеприемником и заземлителем. По нему отводится ток молнии в случае ее прямого удара в молниеприемник. Поэтому от исправности, целостности и правильного расположения токоотвода, называемого также заземляющим спуском, зависит, рассеится ли в грунте полученный молниеприемником электрический разряд. Проводник должен быть изготовлен из материала, способного выдерживать значительный нагрев при прохождении тока молнии. Повреждений при воздействии внешней среды в процессе эксплуатации можно избежать, если использовать проводники из оцинкованной стали, нержавеющей стали, омедненной стали, меди или алюминия. 

 
  • 06 июня 2019 17:52:30
  • Просмотров: 2132

В системе внешней молниезащиты ключевым элементом выступает молниеотвод. Этот элемент, именуемый зачастую также громоотводом, служит для обеспечения безопасности сооружений и зданий при угрозе удара молнии. Нахождение объекта в зоне защиты молниеотвода исключает риск повреждений, возникновения возгорания и пожара в случае прямого попадания электрического разряда. Функцию перехвата молнии выполняет неотъемлемая часть молниеотвода – молниеприемник. Он может либо естественным, либо искусственным. Чем отличается один от другого и на каком варианте остановить свой выбор?

Естественными молниеприемниками в некоторых случаях могут служить элементы конструкции самого сооружения. К таким конструктивным частям защищаемого объекта предъявляются особые требования. Они описаны в нормативных документах, в частности, в российской инструкции СО 153-34.21.122-2003. 

 
  • 31 мая 2019 09:46:43
  • Просмотров: 1701

При рассмотрении возможности покупки и установки комплекта заземления возникает вопрос о достоинствах и недостатках такого варианта. Какие плюсы характерны для готового модульно-штыревого комплекта, и в каких ситуациях его не стоит применять?

Во-первых, преимущество готового решения в том, что все необходимое для выполнения определенной задачи, будь то заземление системымолниезащиты, заземление газового котла или какой либо электроустановки дома, уже входит в набор. Комплектующие дополняют друг друга так, чтобы процесс установки после изучения инструкции по монтажу не вызывал вопросов. Невысокая цена, относительно, к примеру, электролитического заземления, и невысокая стоимость доставки благодаря компактности набора также выступают аргументами в его пользу.

 
  • 29 мая 2019 15:43:01
  • Просмотров: 1506

На вопросы о том, что такое заземление, заземляющий контур и заземляющее устройство, ответы дает ПУЭ 7. Этот свод правил, которым руководствуются в своей работе инженеры-проектировщики, определяет искусственное заземление как специально организованное электрическое соединение заземляющего устройства и определенной точки сети, оборудования или электроустановки. Электрический ток отводится в грунт и рассеивается в нем, не нанося вреда людям – значение напряжения прикосновения благодаря заземлителю снижается до безопасного для человека. Безопасность условий эксплуатации электрического оборудования определяется наличием действующего работоспособного заземления. Заземляющее устройство включает в себя непосредственно заземлитель и проводник. Заземлитель проводит электрический ток в землю, а заземляющий проводник соединяет его и объект защиты. 

 
  • 24 мая 2019 09:08:49
  • Просмотров: 1349

К вопросу молниезащиты культовых сооружений |

Для культовых зданий и сооружений характерны большие скопления людей, высокие габариты и использование в строительных конструкциях сгораемых материалов. В действующем в республике техническом нормативном правовом акте ТКП 336-2011 «Молниезащита зданий, сооружений и инженерных коммуникаций» к молниезащите культовых объектов предъявляются обязательные требования по их защите от прямых ударов молнии. В то же время в Республике Беларусь за последние 10 лет произошло 5 пожаров в культовых зданиях и сооружениях, вызванных прямыми ударами молнии. Основная причина пожаров – отсутствие молниезащиты на зданиях и сооружениях.

Практика монтажа показывает, что для культовых зданий и сооружений требуется особый подход к молниезащите, так как архитектурные особенности этих объектов подразумевают наличие декораций, кровельных надстроек, разноуровневых кровель и т.п. И нередко проектное решение того либо иного объекта защиты культового сооружения от удара молнии невыполнимо по ряду причин: нежеланием портить декорацию, труднодоступностью места крепления, отсутствием невозможности закрепиться за строительную конструкцию и т.д. Поэтому на стадии монтажа молниезащиты монтажнику приходится корректировать решения проектировщика по способам крепления, устройству молниеприемника и предлагать свои варианты.

Одним из спорных вопросов в области молниезащиты культовых сооружений считается устройство защиты крестов храмов. Эти декорированные сооружения располагаются на самых высоких точках строений, в большинстве случаев являются крупногабаритными. Бывают кованными и пустотелыми, токопроводящими. Действующий в республике документ ТКП 336-2011 конкретных рекомендаций по устройству молниезащиты крестов храмов не дает. В этой связи мнения специалистов по поводу использования крестов в качестве молниеприемников рознятся: одни рекомендуют их использовать в качестве естественных элементов молниезащиты, другие, ссылаясь на возможные повреждения и последствия, требуют дополнительной защиты. Оптимальным считается защищать декорации и кровельные надстройки культовых сооружений отдельными стержневыми молниеприемниками, чтобы избежать поражением молнией наиболее высоких точек зданий и сооружений. Во-первых, стержневые молниеприемники будут обеспечивать надежную низкоомную электрическую цепь с землей, во-вторых, гарантировать заявленную проектом надежность молниезащиты. В то же время, сами кресты храмов при наличии соответствующих сведений (токопроводящий материал, надежное крепление к стропильной системе кровли) могут использоваться в качестве естественных элементов молниезащиты, что не противоречит действующим требованиям.

Рисунок – Примеры молниезащита кровельных надстроек и элементов архитектуры храма

Сегодня, имея собственное производство комплектующих молниезащиты, что позволяет учесть пожелания Заказчика и изготовить нетиповой элемент молниезащиты, опыт проектирования защиты подобных строительных объектов можно отметить, что продукция компании ТерраЦинк позволяет выполнить качественно и без нарушения эстетики внешнюю систему молниезащиту на культовом сооружении любой архитектурной сложности.

Проектирование молниезащиты. Планета Электрика

Природа непредсказуема, об этом известно всем и давно, поэтому от внезапных бед и катаклизмов необходимо защищать как себя, так и свое имущество. Одним из самых часто встречаемых природных явлений считается гроза, сопровождающаяся молнией и громом. Молния разрушительна по своей силе и мощности в отличие от грома, поэтому от нее нужна определенная система защиты. Сегодня на крышах зданий размещаются различные молниеприемники, токоотводы, разрабатываются контуры заземления.

Молниеприемники как раз и являются той самой системой, которая помогает обеспечить защиту сооружения во время грозы. По-другому данное устройство называется молниезащитой, громозащитой, грозозащитой и характеризуется как комплекс технических решений и специфических приспособлений для поддержания безопасности здания, имущества, людей.

Ежегодно во всем мире происходит около 16 млн гроз, следовательно, приблизительно 44 тысячи в день. Данное природное явление приводит к разрушению зданий и сооружений полностью или частично, к сбою в функционировании электричества, является причиной травм или даже гибели живых существ.

Именно поэтому система молниезащиты очень важна и играет большую роль в обеспечении безопасности во время катаклизмов. Для того, чтобы громозащита была более надежной и качественной, она должна отвечать всем нормам и требованиям, а также устанавливаться на основе точных расчетов.

Специалисты ГК «Электрокомплектсервис» проектируют системы молниезащиты на основе всех необходимых норм и при помощи современного оборудования, которое обеспечивает самую надежную защиту.


Система традиционной молниезащиты

Традиционная молниезащита (внешняя система молниезащиты) – это набор определенных элементов в основной конструкции здания. Принцип работы заключается в перехвате молнии и отведении ее в землю. То есть, молниезащитное устройство принимает на себя ток молнии в момент удара и отводит его с помощью токоотводов в систему заземления. В итоге, энергия разряда безопасно рассеивается. Существует несколько видов внешней молниезащиты: молниеприемная сеть, натянутый трос, стержень. 

Система активной молниезащиты

В 2000-х годах стала распространяться молниезащита со стримерной эмиссией, которая иначе называется «активная молниезащита».  Принцип ее работы заключается в том, что она посылает восходящий разряд, возникающий еще в процессе движения молнии к земле, раньше и на высоту больше обычной. Это позволяет словить молнию гораздо выше, используя меньшее количество молниеприемников. На сегодняшнее время данная система активно популяризируется преимущественно в европейских странах.

Главным достоинством активной молниезащиты считаются меньшие габариты системы и экономичный монтаж. Но пока нет весомых доказательств, что работает она лучше и эффективней, чем традиционная. 

Электротехнический информационный портал. Видеоматериалы статьи и новости посвящённые электротехнике.

Российская система нормативных документов в области молниезащиты не всегда эффективна, зачастую она не соответствует современным запросам проектировщиков. Эта проблема неоднократно обсуждалась в профессиональном сообществе. Алексей Викторович Ротанов доказывает необходимость разработки госта, регламентирующего системы внешней и внутренней молниезащиты, и рассказывает о шагах, которые предпринимаются для этого.

Новые нормативы по молниезащите. Необходимость и перспективы

Молниевые разряды между грозовым облаком и Землей представляют собой наибольшую опасность для людей и животных, зданий и сооружений, энергетических объектов и коммуникаций, а также электронной аппаратуры.

Под словом «молния» в данной статье подразумевается молния, возникающая между грозовым облаком и поверхностью Земли или расположенным на Земле объектом. Наиболее часто, примерно 90% [1] – 95% [2], встречаются нисходящие молнии, которые и будут рассмотрены. Вне зависимости от типа молнии, суть явления сохраняется.

Воздействия молнии разделяют на первичные (вызванные прямым ударом молнии) и вторичные (индуцированные близким ударом молнии или занесенные по внешним коммуникациям).

Прямой удар молнии (непосредственный контакт канала молнии с объектом) воздействует термически (опасность возгорания или проплавления), механически (ударная волна или электродинамические воздействия), электрически (поражение током людей и животных, выход из строя электрической и электронной аппаратуры).

Вторичные последствия удара молнии непосредственно в объект или вблизи него – электростатическая (перемещение зарядов в канале молнии) и электромагнитная (изменение тока молнии во времени) индукция, или занос высокого потенциала в объект по коммуникациям – вызывают перенапряжения внутри объекта или опасное искрение.

Опасное искрение зачастую является причиной пожаров емкостей с горючими смесями, а также на трубопроводах.

Достаточно подробно опасные воздействия молнии описаны в [3 и 4], а также в трудах многих других ученых.

Согласно собранной ООО «Электра» статистике несчастных случаев, причиной которых явился удар молнии, за 2014–2018 годы на территории России произошло 2946 пожаров и возгораний, в которых погибло 12 человек и 36 человек было травмировано (по информации МЧС России). По данным Министерства здравоохранения РФ, за этот же период от ударов молнии погибло 69 человек. Подавляющее количество пожаров – 2376 (80,7%), 33 (92%) случаев травмирования и 100% случаев гибели людей – здания жилого назначения и надворные постройки. Большинство зданий жилого назначения – индивидуальные жилые дома. Необходимость молниезащиты таких объектов определяет, в настоящее время, собственник. Как следствие, системы молниезащиты индивидуальных жилых домов и надворных построек зачастую отсутствуют или не подвергаются ежегодной проверке.

Каждый пожар, не говоря уже о травмировании и гибели людей – не просто несчастный случай, но и дополнительные расходы как владельцев пострадавших объектов (в большинстве случаев значительно превышающие стоимость системы молниезащиты), так и средств федерального и областных бюджетов.

Система молниезащиты: проблема эффективности

Факты продолжающейся регистрации несчастных случаев по причине удара молнии свидетельствуют как о необходимости повсеместного внедрения систем молниезащиты в законодательном порядке, так и о необходимости повышения эффективности при одновременном снижении стоимости этих систем. Широкомасштабное внедрение недорогих эффективных систем молниезащиты должно и будет способствовать развитию здоровой конкуренции производителей и снижению себестоимости систем молниезащиты за счет простоты и высокой скорости монтажа. Как следствие, системами молниезащиты будет оснащено большее количество зданий и сооружений.

Для решения проблемы повышения эффективности систем молниезащиты необходимо, на законодательном уровне, разработать и ввести новый нормативный документ (ГОСТ) по молниезащите, с учетом современных достижений науки о природе молнии.

Наиболее эффективным способом борьбы с прямым ударом молнии и ее вторичными проявлениями, на настоящее время, является применение систем молниезащиты. Назначение системы молниезащиты – ориентирование от защищаемого объекта и прием прямого удара молнии, распределение и рассеяние тока молнии в земле (внешняя молниезащита), а также предупреждение заноса высокого потенциала и защита от импульсных перенапряжений (внутренняя молниезащита).

Стоит отметить, что если еще в относительно недавние времена основной опасностью удара молнии были пожары, вызванные ее термическим воздействием, то в настоящее время все более актуальными становятся и способы защиты электронной аппаратуры от вторичных воздействий молнии.

Несмотря на то, что вопросы организации внутренней молниезащиты в данной статье не рассматриваются, следует отметить необходимость комплексного решения молниезащиты объекта в целом. Например, рациональное распределение токов молнии по системе токоотводов и грамотная организация системы рассеивания тока молнии в земле способно существенно снизить воздействия вторичных проявлений прямого удара молнии на инфраструктуру объекта. [5]

Состав внешней молниезащиты прост: молниеприемник, токоотводы и система заземления.

При этом если с выбором токоотводов (их количеством, материалом, сечением, способом прокладки и т. п.) и системой молниезащитного заземления дела обстоят достаточно «просто», с точки зрения проектирования и экспериментального подтверждения правильности проведенных расчетов, то вопрос ориентирования и приема молнии остается, на сегодняшний день, недостаточно изученным.

Молниезащита: история и современность

Сегодня считается, что молниеотвод изобрел Бенджамин Франклин. Более 250 лет назад, в 1752 г., он экспериментально доказал электрическую природу молнии и предложил способ защиты от нее с помощью заземленного металлического стержня.

Тем не менее, способы защиты от молнии в древних Египте и Палестине описаны Стекольниковым И.С. в [3].

Самый старый, из известных сохранившихся, молниеотвод находится в России, на построенной в первой половине 18-го века (разные источники называют даты окончания постройки от 1721 до 1742 г.) знаменитой Невьянской башне в городе Невьянск Свердловской области. На вершине башни расположен заземленный, через каркас здания, металлический шпиль с покрытым шипами металлическим шаром и расположенным чуть ниже флюгером, на котором выбит дворянский герб Демидовых.

С тех пор в существующей практике молниезащиты мало что изменилось. С удовольствием процитирую Стекольникова И.С.: «проходили века, а слабый рост знаний об атмосферном электричестве не давал оснований к разработке сколько-нибудь рациональных методов грозозащиты» [3]. Здесь же кратко изложен исторический обзор развития теории и практики молниезащиты. С каждым годом объем накопленных знаний о молнии и молниезащите увеличивается.

Если в 2001 г. Базелян Э. и Райзер Ю. писали, что «мы ничего не знаем из полевых наблюдений о размерах стримерной зоны лидера молнии, даже сам факт ее существования приходится домысливать» [4], то в марте 2019 г. на портале «Научная Россия» появилась новость о том, что специалистами Лаборатории физики молний ИПФ РАН совместно с коллегами из Высоковольтного центра НИИТФ в Истре удалось получить детальные изображения стримерных вспышек, происходящих в моменты скачков лидеров, как в положительном, так и в отрицательном длинных искровых разрядах. Факт наличия в стримерной вспышке стримеров, распространяющихся в направлении, противоположном направлению движения лидера, был установлен впервые и существенно меняет сложившееся представление о форме стримерных вспышек, которые предполагались сосредоточенными в конусе с углом раскрытия порядка 90 градусов .

В настоящее время, благодаря развитию технологий как визуального (при помощи высокоскоростных камер, в первую очередь) наблюдения молниевых разрядов, так и регистрации молний по электромагнитному, рентгеновскому и гамма-излучениям, сведения о природе молнии обогащаются все новыми данными, появляются подтвержденные наблюдениями и опытами новые теории о причинах возникновения молнии и, как следствие, способах молниезащиты.

Тем не менее, споры между учеными об оптимальном способе защиты от прямого удара молнии продолжаются и в настоящее время.

Если Александров Н., Базелян Э. и Райзер Ю. в 2003 г. пришли к выводу, что «при установке на объект специальных коронирующих систем может быть практически исключено возникновение и развитие восходящих молний» [6], то уже в 2014 г. Becerra M. утверждает, что «нетрадиционные системы молниезащиты, основанные на генерации короны свечения, притягивают нисходящие вспышки молнии аналогично стандартному молниеприемнику такой же высоты» [7].

Даже об эффективных, с точки зрения приема удара молнии, размерах и форме острия молниеприемника ученые не пришли к окончательному выводу. Так, если Александров Н. и Базелян Э. утверждают, что «условия для возникновения жизнеспособного лидера не чувствительны к радиусу вершины стержневого молниеприемника, если он находится в пределах 0,05–5 см» [8], то выводы Темникова А. показывают «значительное влияние размеров вершины модели стержневого молниеотвода на вероятность поражения модели защищаемого объекта разрядом из облака» [9].

При этом Ahmad N. утверждает, что «экспериментально доказано, что тупой стержень может быть лучшим приемником молниевого удара и предлагается, чтобы широко используемый обычный острый стержень был заменен тупым стержнем» [10]. Его выводы поддерживает Haris H.C.M.: «молниеприемник с тупым наконечником и диаметром 9,5 мм является наиболее подходящим для системы молниезащиты» [11].

В свою очередь, эксперименты проведенные Князевым В., показали «некоторое преимущество образца в виде стержня кругового сечения с заостренной вершиной» [12].

В [13] Чернухиным А., также по результатам проведенных экспериментальных исследований, рекомендуется принять в качестве эталонного молниеприемника стержень квадратного сечения (сторона 12 мм) с плоской вершиной.

Указанные противоречия, безусловно, требуют проведения дополнительных экспериментов в полевых условиях.

Пожалуй, единственное, в чем сходятся ученые, так это в том, что основной задачей защиты от прямого удара молнии является переориентировка молнии от объекта к молниеприемнику.

Новые нормативы по молниезащите: возможности и необходимость

В настоящее время на территории России действуют следующие нормативные документы по молниезащите: ГОСТ (серия) 62305, ГОСТ (серия) 62561, РД 34.21.122 – 87, СО 153-34.21.122-2003.

Кроме того, существует целый ряд отраслевых нормативов: РД 153-34.3-35.125-99 (РАО «ЕЭС России»), ВСП-22-02-07/МО РФ, РД 91020.00-КТН-021-11 (ПАО «Транснефть»), СТО Газпром 2-1.11-170-2007, СТО РЖД 08.024-2015 и СТО РЖД 08.026-2015 и другие.

Существует также множество документов, регламентирующих порядок применения устройств защиты от импульсных перенапряжений, а также систем уравнивания потенциалов и заземления.

Для создания оптимального по эффективности и, в то же время, экономичного, проекта молниезащиты, проектировщику приходится учитывать требования практически всех выше указанных нормативных документов, учитывая, при этом, противоречия между ними.

Необходимость переработки действующих в настоящее время нормативных документов по молниезащите назрела давно. Предложения по внесению изменений и совершенствованию нормативов описаны во многих работах [14, 15, 16, 17, 18, 19]. Огромная база накопленной за последние годы информации требует переработки и обобщения. Современные теории формирования грозовых облаков, инициации и развития молниевых разрядов (теории Гуревича, Александрова, и других ученых), изучение оптимальных и эффективных конфигураций систем рассеяния тока молнии в земле – должны найти отражение в современных нормативах по молниезащите.

Кроме того, в существующих нормативах не учтено влияние самого объекта, его окружения, а также особенности географического положения, окружающей среды и погодных условий, на развитие и ориентировку нисходящего лидера [20, 21, 22, 23, 24].

При этом, безусловно, необходимо учитывать опыт накопленный как российскими, так и зарубежными учеными (Cooray V., Becerra M., Hartono Z. и другие).

Необходимость создания современной системы национальных стандартов и нормативных документов по молниезащите зафиксировано в Решении по результатам работы V Российской конференции по молниезащите в мае 2016 г.

Тем не менее, реальных результатов решения данного вопроса нет.

В настоящее время между ООО «Электра» и АО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» (АО «ЭНИН») идут переговоры о проведении комплекса работ на разработку и введение нового, межгосударственного, ГОСТ по устройству молниезащиты зданий и сооружений. Финансирование данной работы будет осуществлять ООО «Электра».

Проект технического задания на разработку нового ГОСТ разослан ведущим российским ученым с запросом их предложений по внесению предложений по структуре и содержанию указанного документа.

По утверждении и введении нового ГОСТ предполагается отмена действующих на территории России нормативных документов РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003.

Новый ГОСТ по устройству молниезащиты зданий и сооружений будет включать в себя как требования к проектированию, монтажу и обслуживанию непосредственно самой системы молниезащиты, так и требования к программному обеспечению для ее расчета.

Программное обеспечение

Накопленные на настоящее время сведения о зарождении и развитии молнии, стохастический характер продвижения нисходящего лидера молнии, учет влияния структуры защищаемого объекта и его окружения на развитие и ориентировку нисходящего лидера молнии, конкурентное развитие восходящих лидеров от объекта и молниеприемника, способы эффективного рассеяния тока молнии в земле, и, как следствие, необходимость учета множества факторов, влияющих на эффективность внешней молниезащиты конкретного объекта, требуют применения специализированного программного обеспечения для расчета систем молниезащиты. Скорее всего, программное обеспечение должно будет опираться на теорию вероятности, современную теорию графов (для расчета стохастического продвижения и влияния на объект нисходящего лидера молнии, а также для расчета конкурирующего развития восходящих лидеров с молниеприемника и частей объекта) и теорию устойчивости электрических систем (основной критерий устойчивости – зарождение восходящего лидера от молниеприемника).

Новый ГОСТ должен содержать основные требования к программному обеспечению, алгоритм расчета и типовые формулы. В связи с тем, что указанные сведения должны быть проверяемыми и тестируемыми, в состав нового ГОСТ должен быть включен набор тестовых задач. Созданное на основе утвержденных алгоритмов и формул программное обеспечение, при любом интерфейсе пользователя, должно решать тестовые задачи.

Безусловно, нельзя не учитывать опыт зарубежных разработчиков аналогичного программного обеспечения (Sparkta, 3D Lightning, SESShield, разработки фирмы DEHN и другие).

Очевидно, что результаты программных расчетов и, как итог, проект системы молниезащиты, должны соответствовать утвержденным нормам. Следовательно, разработка и применение программного обеспечения также должно опираться на утвержденные нормативы.

В настоящее время существует парадокс: рекомендованное техническим циркуляром ассоциации «Росэлектромонтаж» № 25-2009 «Об использовании специализированного программного обеспечения для расчета эффективности защитного действия молниеотводов» программное обеспечение ОАО «ЭНИН» разработано на основе устаревших, но действующих нормативов РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003.

Как следствие, все замечания российских ученых по размерам и формам зон защиты молниеприемников, конфигурациям систем молниезащитного заземления, определенным в устаревших нормативах, автоматически распространяются на аналогичные программные продукты, представленные на Российском рынке (Сервис расчетов центра ZANDZ.com, программа ЗУМ, программа MZ, Model Studio CS Молниезащита, и другие).

Все вышеизложенное приводит к весьма неутешительному выводу о несоответствии применяемого программного обеспечения современным достижениям науки о молнии и молниезащите.

Необходимость введения нового ГОСТ по молниезащите и внесения корректировок в существующие виды программного обеспечения очевидна. По существу, программное обеспечение являет собой прикладной инструмент, позволяющий проектировщику сократить сроки расчета проекта молниезащиты для конкретного объекта. Использование программного обеспечения для проектирования, в свою очередь, не должно исключать устоявшейся практики использования зон защиты молниеприемников. Более того, программное обеспечение должно предоставлять проектировщику возможность как 2D, так и 3D-визуализации результатов расчета. Применение зон защиты молниеприемников – удобный инструмент пространственной визуализации защищенных зон для проектировщика и заказчика.

Кроме того, использование зон защиты вполне применимо как для предварительной оценки систем молниезащиты любых объектов, так и для проектирования систем молниезащиты объектов, не обладающих сложной структурой.

Молниезащита здания и электросети | Полезные статьи от БАСТИОН

09-03-2013

Содержание:

Система молниезащиты здания имеет две подсистемы:

  • систему внешней молниезащиты;
  • систему внутренней молниезащиты. 

Система внешней молниезащиты здания

Система защиты дома от молний является очень важным элементом безопасности. Надёжная система молниезащиты позволит существенно снизить риск нанесения ущерба при различных атмосферных явлениях.

Основной задачей системы внешней молниезащиты здания является перехватывание разряда молнии и безопасное отведение разряда в землю.

Внешняя молниезащита зданий

В случае попадания разряда молнии в здание или сооружение устройство внешней молниезащиты должно эффективно перехватить разряд и отвести его по специальному токопроводу в систему заземления. Процесс перехвата должен быть эффективным и гарантированно перехватить разряд. Процесс передачи заряда по молниеотводу должен быть эффективным и безопасным. Заземление должно быть выполнено грамотно и полностью рассеять заряд в поверхности земли.

Различают нижеследующие основные типы внешней защиты от удара молнии:

  • внешняя молниезащита на основе молниеприемной сети;
  • внешняя молниезащита на основе специального молниеприемного троса;
  • внешняя молниезащита на основе использования одного или нескольких молниеприемных стержней.

В состав системы внешней защиты от удара молнии, как правило, входят следующие конструктивные элементы:

  • Молниеприёмник;
  • Токоотвод;
  • Заземлитель.

Молниеприёмник — специальное устройство для выполнения перехвата молнии. Молниеприемник часто еще называют молниеотводом или громоотводом. Это устройство должно обеспечить эффективный перехват заряда молнии, поэтому очень важен хороший контакт токопринимающей поверхности. Молниеприемники изготавливаются из неокисляемых материалов таких как: нержавеющая сталь, оцинкованная сталь, алюминий, медь и других цветных металлов.

Токоотвод — специальное устройство, позволяющее произвести отвод тока большой мощности и большого напряжения к системе заземления.

Заземлитель — специальное устройство, позволяющее выполнить рассеивание энергии разряда молнии в земле.

Система внутренней молниезащиты здания

Основной задачей системы внутренней молниезащиты здания является защита электрической сети, электрических приборов и оборудования от скачков напряжения и перенапряжения, возникающих в электрической сети в результате воздействия разряда молнии.

Причиной появления импульсных перенапряжений и скачков напряжения различной мощности и длительности часто может быть попадание молнии в элементы здания или сооружения, участки линий электропередач или опоры линий электропередач.

Принята следующая классификация перенапряжений, возникающих под воздействием разрядов молнии:

  • перенапряжение, возникающее под воздействием прямого удара молнии в здание или элемент линии электропередачи;
  • перенапряжение, возникающее под воздействием удара молнии в близости от здания или элемента линии электропередачи.

Система внутренней молниезащиты должна эффективно защитить электрическую сеть здания в обоих случаях.

При прямом попадании молнии в здание или линию электропередач возникает очень мощное перенапряжение. Значение напряжения может в момент достигать десятков тысяч вольт. При этом возникающая электромагнитная волна несет очень большой запас энергии, воздействие которого может оказаться критичным для функционирования электрической сети.

При ударе молнии вблизи здания или элемента линии электропередач возникает мощное перенапряжение. Значение напряжения в этом случае существенно зависит от расстояния от точки разряда до объекта и  может измеряться тысячами вольт. Перенапряжение от такого удара молнии может уничтожить электрическую сеть здания и электрические приборы, включенные в эту сеть.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений, вызванных ударом молнии

Эффективная система молниезащиты электрических сетей состоит из нескольких уровней.

Первый уровень молниезащиты реализуется на линиях электропередач и трансформаторных подстанциях. Здесь устанавливается оборудование, способное эффективно бороться с прямыми попаданиями молнии в линии электропередачи или опоры линий электропередачи. В отдельных случаях такое оборудование должно быть установлено и на входе отдельных зданий. Эти устройства защиты от импульсных перенапряжений относятся к первому типу. Эти элементы молниезащиты подавляют импульсы с амплитудой до десятков тысяч вольт. Однако и после их работы значения напряжения в линии может достигать нескольких тысяч вольт.

Второй уровень защиты от импульсных перенапряжений, вызванных ударом молнии, призван снизить амплитуду импульсов до значения ниже 1000 вольт. Эти устройства относятся ко второму типу устройств защиты от импульсных перенапряжений. Такое оборудование, как правило, устанавливается в общих электрических щитах здания или на входе частного дома.

Третий уровень защиты от импульсных перенапряжений, вызванных ударом молнии или другими импульсными воздействиями, призван полностью погасить перенапряжение или временно отключить включенные электроприборы. Устройства третьего типа устанавливаются в индивидуальные электрические щиты квартиры или дома или подключаются непосредственно в электрические розетки.

Компания БАСТИОН производит линейку устройств защиты от скачков напряжения и перенапряжения.

В линейку «Альбатрос» входят следующие устройства:

  • устройства, устанавливаемые на входе электрического питания дома или квартиры;
  • устройства, подключаемые в розетку и выполняющие защиту отдельных приборов и оборудования;
  • устройства, монтируемые в корпусе подключаемого оборудования или отдельных монтажных коробах.

Линейка устройств защиты от скачков напряжения «Альбатрос».

Устройства защиты от скачков напряжения и перенапряжения «Альбатрос» имеют различное назначение и рассчитаны на различную мощность подключаемого оборудования. Технические характеристики данных устройств Вы найдёте в разделе Защита от скачков напряжения.

Для эффективной защиты электрической сети дома и электрических приборов и оборудования от воздействия ударов молнии необходимо использовать комбинацию нескольких приборов: устройств защиты от импульсных перенапряжений, коммутаторов включения нагрузки, реле напряжения, стабилизаторов напряжения со встроенной защитой от скачков напряжения.

Эффективность системы молниезащиты здания и электрической сети

Для построения эффективной системы молниезащиты здания необходимо использовать комплекс специального оборудования. Необходимо установить систему молниеотводов и систему защиты от импульсных перенапряжений и скачков напряжения. Только одновременная работа внешней системы молниезащиты и системы внутренней молниезащиты может обеспечить эффективную защиту здания и электрической сети от опасного воздействия разрядов молнии.

Читайте также по теме

Товары из статьи

Защита от молний и безопасность | III

Молния и страхование

Стандартные полисы страхования домовладельцев и бизнеса, а также исчерпывающая часть полиса автострахования покрывают убытки, например, пожар, вызванный ударом молнии. Некоторые полисы также обеспечивают покрытие ущерба, причиненного скачками напряжения.

Тем не менее, гораздо лучше предотвратить повреждение от молнии, чем иметь дело с последствиями.

Защитите свой дом, установив систему молниезащиты

Система молниезащиты (LPS) обеспечивает определенный путь, по которому может распространяться молния.Институт молниезащиты (LPI) объясняет, как работают LPS в этой инфографике. Сеть молниеотводов или молниеотводов на крыше подключена к серии токоотводов, которые переносят ток в сеть заземления. Таким образом, система надежно направляет разрушительную силу удара молнии в землю, не повреждая структуру вашего дома или офиса и его содержимое.

Молниезащита — это не проект «сделай сам» — обратитесь к специалисту по молниезащите, внесенному в список UL, для установки системы в соответствии с национальными стандартами безопасности.

Защитите свой дом и электронику от скачков напряжения

Электрические скачки от молнии могут проникнуть в здание по линиям электропередачи и вызвать электрический пожар, а также повредить электрическую систему вашего здания, ваши приборы и вашу бытовую электронику.

Обычные разветвители питания обеспечивают слабую защиту от перенапряжения. Для обеспечения наилучших мер защиты следует установить устройства защиты от перенапряжения (SPD), внесенные в список UL, для фильтрации и отвода вредных электрических разрядов.Большинство электроэнергетических компаний сдают в аренду или продают устройство защиты от перенапряжения для электросчетчика, чтобы «подавить» входящие перенапряжения; лицензированные электрики могут установить аналогичную защиту.

Для защиты ценной электроники, такой как компьютеры, домашние развлекательные центры, игровые системы и технологии умного дома, установите включенные в список UL ограничители скачков напряжения и рассмотрите возможность отключения дорогостоящей электроники, когда вы знаете, что приближается шторм.

Защитите себя и свою семью с помощью мер предосторожности

  • Когда гремит гром, заходят в дом. Во время шторма лучше всего укрыться в доме или другом полностью закрытом здании. Внутри не стойте рядом с открытыми окнами, дверными проемами или металлическими трубами. Не разговаривайте по телефону и избегайте контакта с мелкой бытовой техникой, такой как тостеры и фены. Поскольку вода проводит электричество, держитесь подальше от водопровода, раковин, ванн и радиаторов отопления.
  • Если вы знаете, что приближается шторм, избегайте известных опасностей и опасных мест. Сюда входят области, где вы будете самым высоким объектом — например, поле для гольфа.Водоемы также привлекают молнии, поэтому избегайте озер, пляжей или открытых водоемов и ловите рыбу с лодки или причала. Никогда не катайтесь на тележках для гольфа, сельскохозяйственном оборудовании, мотоциклах или велосипедах во время грозы.
  • Если вы попали на улицу во время грозы, спрячьтесь в автомобиле с твердым покрытием или в низине, например, в туннеле или даже в пещере, если это необходимо. Держитесь подальше от заборов, изолированных деревьев и других проводящих объектов, таких как телефонные столбы, линии электропередач и трубопроводы. Они представляют опасность из-за возможной боковой вспышки, то есть напряжения от расположенного поблизости объекта, пораженного молнией.
  • Если вы оказались в открытом поле без ближайшего укрытия, и ваши волосы начинают встать дыбом, присядьте, положив руки на колени, и балансируйте на подушечках пальцев. Статическое электричество в ваших волосах является признаком того, что вот-вот ударит молния, и идея состоит в том, чтобы как можно меньше контактировать с землей. Никогда не ложитесь ровно и не кладите руки на землю.

Следующие шаги: Дополнительные советы по защите дома см. В разделе «Как защититься от кражи со взломом».

Молниезащита на объекте — Конструкции и системы

Риск поражения молнией и разрушения промышленности и собственности США постоянно растет. Стоимость ущерба, связанного с молнией, в настоящее время оценивается в 8-10 миллиардов долларов в год (1) и растет на 20% в год. Помимо физической деградации, большая часть общих затрат связана с простоями оборудования и прерыванием бизнес-операций.

Тот факт, что молния может разрушить как внешние конструкции, так и внутренние системы, часто игнорируется, пока не становится слишком поздно.Однако внедрение комплексной системы молниезащиты объекта (FLPS) может снизить риск повреждения и сбоя в обоих случаях. Эффективный FLPS не только защищает крыши, стены и другие конструктивные элементы от прямых ударов молнии, но также экранирует электрические цепи, коммуникации, системы управления технологическими процессами и другие элементы, уязвимые для непрямых ударов.

Нейтрализация прямых ударов молнии

Прямые удары молнии можно нейтрализовать с помощью структурной системы молниезащиты (структурная СМЗ).Основными компонентами этой системы являются молниеотводы (также известные как молниеотводы), проводники, соединяющие молниеотводы, и токоотводы, которые соединяют молниеотводы с землей. В соответствии с основными принципами физики структурная СМЗ генерирует электрическую «косу», которая перехватывает нисходящий электрический «лидер» из грозового облака. Этот перехват устанавливает цепь, позволяющую структурной СМЗ проводить ток молнии к земле, минуя конструкцию здания, при этом уравновешивая потенциал между облаком и землей.

Фото: активность восходящего и нисходящего лидера при ударе молнии

Структурная СМЗ не притягивает молнии, и удар молнии в месте не зависит от того, установлена ​​ли защита. Вместо этого структурная СМЗ просто обеспечивает предпочтительный путь для тока молнии, протекающего к земле. Эта форма заземления отличается от обычного электрического заземления, устанавливаемого для повседневной безопасной работы электрических систем, которое не предназначено для работы с чрезвычайно высокими уровнями мгновенного напряжения и тока (100 миллионов вольт, 30 000 ампер или более), которые типичны для удар молнии.

Узнайте больше об образовании молний на веб-сайте Национального управления океанических и атмосферных исследований NOAA (2) .

Одного пути к земле недостаточно, чтобы гарантировать, что молния будет правильно отводиться от конструкции здания. Множественные токопроводящие дорожки должны быть проложены на правильном расстоянии от защищаемого здания.

Стандарты для этих систем молниезащиты включают NFPA 780 и UL 96A для США и IEC-62305 на международном уровне.Программа UL Master Label Certificate охватывает проверку и сертификацию этих систем.

Схема: воздушный терминал, проводник и расстояние между нижним проводником для LPS

Индукционный ток и косвенное повреждение

Молния также производит электромагнитный импульс (ЭМИ), который наводит ток в любых черных металлах в здании. Близлежащие удары молнии, удары по электросети или системам связи или даже удары от облака к облаку могут вызвать опасный ток в объекте и его системах.Ток может вызвать возгорание проводов и оборудования. Это также может привести к внутреннему отказу электрического оборудования, оборудования связи и управления технологическим процессом, даже если нет видимых снаружи повреждений.

Таким образом, представление о том, что молния должна поразить здание напрямую, чтобы нанести ущерб или вызвать убытки, является мифом. Наведенный ток, который, например, повреждает системы управления технологическим процессом на объекте, может вызвать столько же простоев, как и физическое повреждение всей конструкции здания. Кроме того, здание и его оборудование с большей вероятностью будут повреждены индукцией вспомогательного тока, чем прямым ударом.

Необходимость как структурных, так и системных систем молниезащиты

Структурная СМЗ сама по себе не защитит объект от риска индукции. В то время как структурная система молниезащиты имеет решающее значение для защиты физической конструкции, а выравнивание потенциала, которое она обеспечивает, может снизить индуцированные токи, внутренние системы требуют дополнительных мер защиты.

К счастью, другие технологии позволяют защитить производственные системы, электрические компоненты, коммуникации и средства управления процессами так же эффективно, как и саму конструкцию.Эту защиту обеспечивает:

  • Системы заземления с низким сопротивлением (низкое переходное сопротивление)
  • Выравнивание потенциалов
  • Устройства защиты от перенапряжения (УЗИП)

Системы заземления с низким сопротивлением (низкое переходное сопротивление)

Стандарты

для полных систем молниезащиты основаны на принципе обеспечения прямого или квазипрямого пути с низким сопротивлением и низким сопротивлением для безопасного прохождения тока молнии до земли. Достижение низкого импеданса требует правильного обращения как с сопротивлением, так и с реактивным сопротивлением (емкостью и индуктивностью) системы.

Невнимательность или необоснованные предположения об эффективности системы заземления могут способствовать повреждению, связанному с молнией, и прерыванию работы. Практические правила предотвращения этого риска включают следующее:

  • Системы заземления должны быть спроектированы и испытаны на достаточно низкое сопротивление заземления, обычно менее 25 Ом, для каждого заземляющего соединения. Там, где требуется заземление с особенно низким импедансом, например, для средств связи, или если сама земля имеет высокое сопротивление, можно использовать стержень электролитического заземления или другое усиление заземления.
  • Существующие системы необходимо регулярно проверять, чтобы гарантировать их работоспособность и неповрежденность: например, заземляющие стержни, установленные несколько лет назад, теперь могут быть корродированы или повреждены иным образом.
  • Новые системы должны быть долговечными. Например, система заземления с низким сопротивлением, которая работает только в течение трех лет, не является подходящим решением, хотя она и хороша в течение этого времени.

Выравнивание потенциалов

Молния может проходить через почву и поэтому может улавливаться подземными водоводами, входящими в здание.Неправильное выравнивание потенциалов между электрическими и служебными линиями (вода, газ, телефонная связь, кабельное телевидение) и зданием, которое они обслуживают, может подвергнуть людей воздействию высоких уровней потенциалов прикосновения и сделать объект уязвимым для косвенного поражения молнией. Следовательно:

  • Все системы на объекте, а также физическая структура должны быть надлежащим образом соединены вместе и подключены к одной и той же системе заземления для выравнивания потенциалов (уравнивания потенциалов). Эти системы включают в себя электроснабжение переменного тока, телекоммуникации, газ, воду, кабельное телевидение, системы управления и антенны.
  • Служба, которая должна оставаться изолированной и не может быть напрямую связана с системой заземления здания, должна использовать разрядник с газоразрядной трубкой (GDT), установленный между службой и системой заземления здания. GDT обеспечит путь разряда к земле для выравнивания потенциалов.

Эквипотенциальное соединение не заменяет кабелепроводы или служебные линии для заземления системы молниезащиты. Это также не подвергает эти системы большему риску. Вместо этого он позволяет отводить заряды от систем через общий потенциал земли, что также снижает риск боковой вспышки, искрения и воздействия на людей смертельного потенциала прикосновения в результате удара молнии.

Устройства защиты от перенапряжения (SPD)

УЗИП (устройство защиты от перенапряжения) предназначено для защиты электрооборудования от скачков напряжения. Он ограничивает напряжение, подаваемое на оборудование, до безопасного уровня, блокируя или отводя избыточные напряжения на землю, в том числе передаваемые в конструкцию по электрической цепи, линии связи или линии передачи данных. УЗИП может также называться ограничителем перенапряжения, устройством защиты от перенапряжения или ограничителем перенапряжения переходных процессов (TVSS).

Неправильное использование SPD является обычным явлением, и неправильная реализация может вызвать ложное ощущение защиты.К распространенным ошибкам относятся:

  • Неправильно расположенные или установленные SPD
    Правильная установка и размещение SPD является критическим фактором в обеспечении защиты. Точки входа в служебные линии являются ключевыми местами для установки УЗИП из-за обширных систем, которые образуют служебные линии для непрямой передачи молнии. По той же причине следует оборудовать другие электрические проводники здания, такие как антенные системы, УЗИП в точках входа.
  • Неправильное сквозное напряжение
    УЗИП предназначен для пропускания напряжения до определенного предела, известного как сквозное напряжение. Минимизация сквозного напряжения важна для защиты подключенного оборудования. УЗИП для питания переменного тока часто устанавливают на служебном входе, но в зависимости от используемых УЗИП и их установки сквозное напряжение может быть недостаточно низким для надлежащей защиты всего оборудования, расположенного ниже по цепочке. Дополнительные SPD могут потребоваться в точках разветвления и рядом с оборудованием для дальнейшего снижения сквозного напряжения.
  • Отсутствующие УЗИП
    УЗИП также важны для низковольтных коммуникационных проводников, которые входят в установку или панель управления технологическим процессом. Хотя они часто являются наиболее уязвимыми системами, их часто упускают из виду при развертывании SPD. В более общем плане ни одно устройство защиты от перенапряжения не может защитить всю конструкцию, и SPD всегда должны быть развернуты в нескольких местах для надлежащей защиты оборудования.

Заключение

Сегодняшние объекты должны постоянно работать, что делает простои недопустимыми.К счастью, сбои и повреждения, связанные с молнией, можно предотвратить, используя доступные сейчас технологии. Правильно спроектированная и интегрированная система заземления объектов с низким сопротивлением / низким сопротивлением, выравнивание потенциалов и SPD может эффективно защитить современные цифровые системы, в то время как структурная система молниезащиты защищает здание, в котором они находятся.

Полная система молниезащиты объекта также важна для обеспечения безопасной и эффективной защиты. Частичные системы оставляют объекты уязвимыми к переходным напряжениям и токам, а также к боковым вспышкам для незащищенных проводящих компонентов и, следовательно, к повреждению, потере и прерыванию работы.Только за счет полной интеграции защиты как от прямого, так и от непрямого поражения молнией, американские предприятия могут рассчитывать на сокращение или даже устранение ежегодного ущерба и сбоев, связанных с молнией, от 8 до 10 миллиардов долларов.

Схема: структурная СМЗ, заземление, выравнивание потенциалов и защита от перенапряжения (SPD / TVSS)

Тодд Д. Воут, вице-президент по развитию бизнеса, VFC — BSBA, более 30 лет опыта в разработке и внедрении систем молниезащиты.Сертификат LPI № 861

Ларри Лабайен, старший инженер по приложениям, Lyncole — BS Electronics and Communications, имеет более чем 30-летний опыт работы в области электроники и телекоммуникаций.

Артикул:

Обеспокоенность коррозионным воздействием на системы молниезащиты

Основные моменты

Сведение к минимуму коррозии в LPS путем выбора подходящих и регулируемых материалов.

Для обсуждения возможных проблем, возникающих из-за разнородных металлических оснований.

Роль покрытия и окраски в системе LPS для уменьшения коррозии

Чтобы избежать соединения разнородных металлов, чтобы уменьшить коррозию в LPS и увеличить срок ее службы.

Воздействие коррозионного грунта на заземляющие проводники

Аннотация

Элементы системы молниезащиты должны быть выбраны из материалов, устойчивых к коррозии и защищенных от быстрого разрушения.Однако со временем коррозия будет происходить в присутствии гальванически разнородных металлов в одном и том же электролите (влаге). Исторически медь, алюминий и медные сплавы (включая бронзу и латунь) использовались в устройствах молниезащиты, поскольку эти материалы обладают высокой проводимостью и широко доступны. Коррозионное воздействие на компоненты системы зависит от факторов окружающей среды, таких как влажность, тип почвы и температура, которые делают процесс коррозии в почве очень сложным.Согласно многим стандартам по установке систем молниезащиты, нельзя использовать комбинации материалов, которые естественным образом образуют электролитические пары, например медь и сталь, особенно в присутствии влаги, в которой коррозия будет ускоряться. Точно так же условия в почве будут иметь неблагоприятное воздействие на элементы системы грунта. Токоотводы, попадающие в коррозионную почву, должны быть защищены от коррозии защитным покрытием. В статье представлены причины коррозии и последние разработки в области минимизации коррозии, связанной с системами молниезащиты и заземления.

Ключевые слова

Система молниезащиты (LPS)

Гальваническая коррозия

Токоотвод

Система молниеприемника

Система заземления

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Copyright © 2015 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Консультации — Специалист по спецификациям | Понимание систем молниезащиты

Авторы: Дженнифер Морган и Майкл Чусид, Scientific Lightning Solutions LLC 17 мая 2017 г.

Цели обучения:

  • Знать основы систем молниезащиты и необходимость в них.
  • Поймите факторы, которые инженеры-электрики должны учитывать при оценке риска молнии.
  • Примените нормы и стандарты для определения систем молниезащиты.

Бенджамин Франклин продемонстрировал, что токопроводящий путь может безопасно направлять удары молнии с крыши здания в землю. Его система молниезащиты (LPS) неоднократно доказывала свою эффективность и постепенно совершенствовалась в течение последних двух столетий.Для обычных объектов он обеспечивает надежную и доступную защиту при проектировании и установке в соответствии с NFPA 780: Стандарт для установки систем молниезащиты.

Тем не менее, требования к молниезащите многих конструкций превышают требования, обеспечиваемые обычными молниеотводами (ранее называвшимися громоотводами) и заземлением. Их уязвимость возросла, поскольку все более чувствительная электроника теперь контролирует жизненно важные функции, включая безопасность зданий, климат-контроль, хранение и обработку данных, освещение, производственное и технологическое оборудование, дверную фурнитуру и системы доступа, системы здравоохранения и другие критически важные функции.В то же время риск, по-видимому, возрастает из-за более частого возникновения экстремальных погодных явлений, связанных с изменением климата, поскольку молнии сопровождают торнадо и ураганы, а также грозы.

Молния представляет значительную опасность для зданий, их обитателей и содержимого. Он срабатывает от 40 до 50 раз в секунду по всему миру, что дает в общей сложности почти 1,4 миллиарда вспышек в год, при этом практически беспрепятственный скачок тока между ионными зарядами в атмосфере и на Земле достигает более 200 000 ампер.Каждый регион Северной Америки уязвим для молний. В национальном масштабе молния причиняет примерно такой же ущерб, как и торнадо. Однако масштабы этого разрушения часто не осознаются, поскольку отдельные удары молнии не привлекают внимания средств массовой информации, которое уделяется региональным бедствиям. Тем не менее, одиночный удар молнии может стать катастрофой для бизнеса или сообщества, если он нарушит выполнение критически важных операций.

Страховые претензии по зданиям, поврежденным молнией в США.составляют более 5 миллиардов долларов в год. Эта цифра занижает стоимость, потому что она в первую очередь измеряет пожар и структурные повреждения и не учитывает большую часть повреждений электронных устройств и систем. Повреждение электронных устройств молнией часто ошибочно связывают с другими причинами.

Рассмотрим, например, травматологический центр уровня I, в котором был установлен новый резервный генератор. Генератор неоднократно выходил из строя при плановых, ежемесячных проверках, а больница предъявляла претензии по гарантии производителя.Кто-то в конце концов заметил корреляцию между отказами оборудования и грозами в этом районе, и было обнаружено, что генератор не был должным образом интегрирован в СМЗ здания. После исправления менеджер предприятия сообщает, что генератор больше не выходил из строя.

Даже если страховой полис оплачивает поврежденное оборудование, покроет ли он косвенные убытки, такие как потеря дохода или неспособность принять меры в чрезвычайной ситуации? Вы бы не хотели быть начальником полиции или пожарной охраны, который не может отреагировать на нанесенный штормом ущерб, потому что сам шторм поджарил вашу систему связи.

Оценка рисков

Хорошее место для начала понимания потребностей вашего здания в молниезащите — это оценка риска молнии в Приложении L к NFPA 780.

Стандарт рекомендует защиту от молний, ​​когда уязвимость конструкции к ударам молнии превышает допустимый риск:

  • Уязвимость определяется плотностью ударов молнии (частота / площадь / год на основе национальных карт метеорологической службы) с изменениями, основанными на площади, высоте, топографии строения и близости к более высоким строениям или деревьям.
  • Риск зависит от проводимости и горючести крыши и конструкционной системы, стоимости и горючести здания, легкости, с которой люди могут быть эвакуированы, отношения владельца к непрерывности работы и экологических опасностей, таких как выброс опасные материалы.

Независимо от расчетов, NFPA рекомендует серьезно подумать о защите от молний, ​​если присутствует любой из следующих факторов.

  • Большая толпа
  • Высокая частота вспышек молний
  • Высокие изолированные строения
  • Взрывоопасное или легковоспламеняющееся содержимое
  • Незаменимое культурное наследие
  • Нормативные или страховые требования
  • Непрерывность критически важных услуг.

Мониторинг молний

Многие из последних достижений в области молниезащиты были разработаны для военных и космических запусков. Это понятно, потому что пусковые установки, например, на мысе Канаверал, штат Флорида, расположены в районах с интенсивной грозовой активностью. На таких пусковых установках стоимость активов высока, авионика и авиационное оборудование чувствительны, ракеты и их пусковые конструкции высоки, а ставки огромны, когда астронавты или другие ценные полезные грузы находятся на вершине массивных, высоко расположенных объектов. летучие ракетно-топливные баки

Это было проиллюстрировано в 2011 году, когда космический шаттл «Атлантис» находился на стартовом комплексе 39A (LC-39A) в Космическом центре Кеннеди.За день до того, как «Атлантида» должна была совершить последний рейс в рамках программы «Шаттл» НАСА, возле стартового комплекса дважды ударила молния. Ключевыми вопросами для инженеров и должностных лиц, надеющихся удержать запуск по графику, были: куда именно попали удары молнии и были ли они достаточно близко, чтобы повредить электрические системы шаттла?

В то время две системы контролировали молниеносную активность вокруг Космического центра Кеннеди: местная система наблюдения за молнией от облака до земли (CGLSS), управляемая 45 -й метеорологической эскадрильей ВВС США , и U.S. Национальная сеть обнаружения молний (NLDN), общенациональная система обнаружения молний, ​​принадлежащая и управляемая частной компанией Vaisala.

Системы указали, что события молнии были близки к LC-39A, где Атлантида ожидала запуска. Но предыдущие исследования НАСА определили, что и CGLSS, и NLDN дали сомнительные результаты: они сообщили от 70% до 80% ударов молний и были склонны сообщать о ударах в местах, где они фактически не происходили.

В предыдущих случаях удары молнии вблизи стартовой площадки задерживали запуск на срок до недели, пока инженеры повторно тестировали потенциально затронутые системы.Однако на этот раз НАСА воспользовалось новой системой мониторинга молний. В системе использовались современные высокоскоростные камеры, предназначенные для фиксации визуальных свидетельств любой молнии, ударяющей в площадку непосредственно или в непосредственной близости от нее.

Изображения с камеры показали, что один удар произошел за пределами периметра LC-39A, а другой попал в резервуар с водой. Должностные лица НАСА были достаточно уверены в относительно непроверенной системе, чтобы запускать Атлантиду.

Коммерческая доступность

Технология, аналогичная системе наблюдения, используемой для наблюдения за «Атлантис» на стартовой площадке, была усовершенствована и теперь доступна на коммерческой основе.Система оптического мониторинга молний использует высокоскоростные камеры с нулевым мертвым временем для обнаружения и записи 100% ударов в пределах указанной зоны наблюдения. В системе используются прочные компоненты аэрокосмического уровня, которые легко развертываются и работают от солнечной энергии, чтобы предоставлять немедленные отчеты, позволяющие своевременно реагировать.

Недавно инновационная оптическая система наблюдения за молниями сыграла решающую роль в успешном запуске в декабре 2016 года глобальной навигационной спутниковой системы Cyclone (CYGNSS), позволившей отсчет времени продолжаться, несмотря на сильную молнию на станции ВВС на мысе Канаверал всего за несколько дней до запланированного развертывания.CYGNSS содержит восемь микроспутников, которые будут измерять скорость ветра над океанами Земли, что увеличивает способность ученых понимать и предсказывать ураганы. CYGNSS был запущен 15 декабря 2016 года компанией Orbital ATK Inc. с использованием своей ракеты Pegasus XL — летательного аппарата, установленного под модифицированным самолетом Lockheed L-1011.

Две оптические системы наблюдения за молниями обеспечивали беспрецедентную точность определения места удара молнии. Инженеры немедленно проанализировали собранные данные и предоставили убедительные доказательства того, что самолет и ракета не подвергались воздействию молнии, которое могло бы поставить под угрозу выполнение миссии.

Комментируя фотографию, сделанную системой, Шон Поттер из НАСА сказал: «Хотя на фотографии видна молния, непосредственно поражающая самолет-носитель L-1011 Orbital ATK, удар произошел примерно в 2,5 милях от местоположения самолета рядом с базой ВВС на мысе Канаверал. посадочная полоса. Самолет и ракета Pegasus XL были окружены системой молниезащиты над головой, предназначенной для их защиты, если удар действительно произошел в непосредственной близости; три мачты LPS можно увидеть в передней и задней части самолета.”

Чтобы расширить LPS, Поттер сказал: «Система наблюдения была разработана для программы NASA Launch Services Program, чтобы задокументировать и оценить потенциальные пагубные последствия ударов молнии. Система наблюдения за молниями предоставила своевременные и точные данные, которые позволили продолжить обратный отсчет Pegasus XL, несмотря на многочисленные удары молнии, зафиксированные в тот день ». Он также сказал, что подрядчик «оказал выдающуюся поддержку и смог быстро предоставить информацию, которая была полезна для смягчения опасений и продвижения вперед с запуском».”

Оптическая система наблюдения за молниями оказывается неоценимой для других отраслей промышленности. В ветроэнергетике, например, поврежденная молнией лопасть ветрогенератора может вывести турбину из равновесия, что может привести к обрушению всей башни. Контролируя всю ветряную электростанцию, оператор может быстро определить, была ли повреждена конкретная ветряная турбина, чтобы ее можно было безопасно остановить для обслуживания и, возможно, предотвратить катастрофический отказ.

В страховой отрасли точное наблюдение за молнией позволяет владельцам собственности документировать претензии о том, что повреждение вызвано молнией, а не механической неисправностью.Аналогичным образом страховые компании могут защитить себя от мошеннических претензий. Обе стороны извлекают выгоду из того, что им не нужно отправлять следователей на места для проведения дорогостоящих судебно-медицинских экспертиз.

Горизонтальный размер объекта — важный фактор в определении уязвимости к ударам молнии. Это делает систему оптического наблюдения особенно ценной для организаций, предоставляющих услуги в областях с множеством ценных активов, таких как аэропорт и гавани, военные объекты, строительные площадки, объекты производства электроэнергии и комплексы с множеством уязвимых к молнии конструкций.

Сработавшая молния

Ракеты

также используются для направления молний на Землю для исследовательских и испытательных программ с использованием современной версии знаменитого эксперимента Франклина с воздушным змеем. В Международном центре исследований и испытаний молний (ICLRT) Университета Флориды в Кэмп Блендинг запускают небольшие ракеты в направлении грозовых облаков. Ракеты тянутся по тонкому проводу, который обеспечивает токопроводящий путь фактическим токам молнии, идущим к земле, где можно проводить испытания.Срабатывающая молния обеспечивает гораздо более реалистичные условия испытаний, чем могут быть достигнуты даже с использованием самых больших лабораторных искровых генераторов. Лабораторные искровые генераторы имитируют высокое напряжение или сильный ток, присутствующий во время разряда молнии, но не могут воспроизводить обе величины одновременно, как это происходит в реальной молнии.

Эти настоящие токи молнии могут быть введены непосредственно в точные места на данном тестовом образце. Испытуемые изделия также могут подвергаться косвенным электромагнитным воздействиям молнии, при этом расстояние между испытуемым изделием и молнией точно регулируется.ICLRT оснащен антеннами электрического и магнитного поля, детекторами рентгеновского и гамма-излучения, высокочастотными и очень высокочастотными системами и оптическими измерительными системами для обнаружения и регистрации всех аспектов сработавшей молнии и ее взаимодействия с исследуемым предметом.

Благодаря исследовательскому партнерству с частным сектором, ICLRT теперь доступен для коммерческого тестирования. Он используется для тестирования элементов различного размера, от отдельных электронных компонентов до полноразмерных интегрированных систем и строительных сборок, которые должны выдерживать самое худшее, что может предложить природа.Производители авиации и космонавтики, средств связи, компьютеров и электроники, военной техники, производства и передачи энергии и других критически важных отраслей могут использовать лабораторию для тестирования оборудования, систем управления, протоколов безопасности и инновационных схем молниезащиты.

Архитектурные особенности

Многие критически важные здания — например, полицейские и пожарные депо — имеют публичный облик, требующий внимательного отношения к архитектурной эстетике. Токопроводящие кабели обычно можно прокладывать внутри здания или его стен; открытые кабели можно выровнять по линиям здания, чтобы свести к минимуму любой неприглядный вид.

Воздушные терминалы, установленные на крыше здания, часто имеют высоту всего 10 дюймов и диаметр от 3/8 до 5/8 дюйма. Обычно они незначительно влияют на внешний вид здания. В ситуациях, когда внешний вид более важен, молниеотводы можно заменить конструктивными элементами, которые представляют собой электрически сплошной металл толщиной не менее 3/16 дюйма.

Эти «ударно-защитные устройства» оказались популярными при установке в качестве перил вокруг террас на крышах, где люди могут находиться в тесном контакте с LPS.Помимо обеспечения большей архитектурной свободы, устройства защиты от защемления также соответствуют функциональным требованиям. Например, стальной каркас на приподнятой вертолетно-посадочной платформе может быть соединен с сетью крыши системы молниезащиты, чтобы избежать необходимости выступать за воздушные терминалы.

LPS также может быть интегрирован в солнечные батареи на крыше и в другие экологичные конструкции. Например, в международном аэропорту О’Хара в Чикаго в здании, в котором размещается оборудование для связи и обработки данных Федерального авиационного управления (FAA), использовалась земляная зеленая крыша в соответствии с директивами аэропорта по охране окружающей среды.Из-за критического характера услуг FAA, рекомендации агентства по защите от молний превышают стандарты NFPA.

Сертификаты

СМЗ

должны быть спроектированы и установлены специализированными фирмами, в которых работают специалисты, квалификация которых включает сертификацию Института молниезащиты. Владельцы критических конструкций также должны требовать сертификации третьей стороной в рамках программы инспекции института защиты от молний (LPI-IP) или программы UL Master Label.

Независимо от внимания, которое уделяется проектированию и установке LPS, руководители предприятий должны быть внимательны ко всему, что может подорвать эффективность системы.Например:

  • Воздушные терминалы установлены на оборудовании на крыше, таком как блоки HVAC, во время обслуживания оборудования.
  • Новое оборудование, установленное в здании, такое как антенны, осветительные приборы, камеры и т. Д., Должно быть включено в LPS.
  • Новые сигнальные линии и линии электропередач, проходящие через ограждение здания, потребуют устройств защиты от перенапряжения.
  • Системы заземления для нового оборудования требуют подключения к заземлению для защиты от молний.

Обслуживающий персонал здания и подрядчики, работающие со зданием, должны быть обучены защите целостности СМЗ.Согласно отраслевым рекомендациям, визуальный осмотр должен проводиться ежегодно, с последующим проведением углубленного осмотра и последующим сертификатом обеспечения качества или отчетом, предоставляемым каждые 3-5 лет. Здания с критически важными системами, такие как больницы, пункты скорой медицинской помощи, аэропорты и т. Д., Могут оправдывать ежегодную тщательную проверку.

Отказ альтернативных систем

Недавние исследования показали, что воздуховоды с тупыми концами более эффективны, чем конические.В то время как конические наконечники все еще могут использоваться для соответствия историческим стилям, тупые наконечники обычно предпочтительнее, потому что они также представляют меньшую вероятность травм для людей, работающих на крыше.

Некоторые производители заявляют, что их патентованный стиль молниеприемников предотвращает попадание молнии или значительно расширяет область защиты, которую они обеспечивают. Эти устройства продаются под такими названиями, как воздушные терминалы с ранним стримерным излучением (ESE), системы переноса заряда (CTS) или молниеотводы.

ESE имеют запатентованную конфигурацию или содержат конденсаторы для электрического заряда.Эти «усовершенствования» рекламируются, чтобы обеспечить большую зону защиты, чем у обычных воздушных терминалов, и разрешить использование меньшего количества воздушных терминалов, соединений и заземлений. Производители иногда заявляют, что одно устройство ESE, установленное на мачте, может защитить даже большие здания и открытые площадки.

Многие рецензируемые исследовательские проекты и правительственные исследования доказывают, что удары молнии происходили в пределах зоны защиты, заявленной защитниками ESE. В 2005 году окружной суд США приказал двум производителям устройств ESE прекратить выдвигать ложные рекламные заявления о радиусах защиты, обеспечиваемых их продуктами.Суд нашел неопровержимые доказательства того, что «тесты, на которых [производители ESE] основывают свои рекламные заявления, не являются достаточно надежными, чтобы установить, что [их] продукты для аэровокзалов обеспечивают повышенную зону защиты».

Кроме того, устройства ESE теперь включены во французские и испанские стандарты, основанные на доказательствах, которые неоднократно отклонялись NFPA и другими организациями, занимающимися разработкой стандартов.

CTS, также называемые системами рассеивания, как утверждается, предотвращают возникновение молний в непосредственной близости от них.Они изготавливаются с большим количеством мелких металлических наконечников; некоторые выглядят как зонтики, обмотанные колючей проволокой, а другие — как одуванчик или морского ежа с тонкими проволоками, исходящими из узла. Считается, что металлические точки пропускают ионы из земли в атмосферу, тем самым создавая корону, препятствующую разряду молний.

Эффект короны можно продемонстрировать в лаборатории, но он не защищает конструкции от сил, действующих в реальных метеорологических условиях, что усиливает необходимость тестирования устройств в реальных условиях молнии.FAA, Космический центр Кеннеди, ВВС США и другие авторитетные источники задокументировали отказ CTS.

Устройства

ESE и CTS могут функционировать как простые молниеотводы при использовании на тех же расстояниях и в тех же местах, что и обычные молниеотводы, установленные в соответствии с принятыми стандартами. Однако использование устройств ESE и CTS таким способом нецелесообразно, поскольку они продаются во много раз дороже обычных молниеприемников.

Жилые дома

В то время как потребность в молниезащите в высокотехнологичном производстве, исследованиях, обработке данных, телекоммуникациях и подобных областях является очевидным кандидатом на молниезащиту, не следует упускать из виду потребность в LPS на зданиях в более традиционных отраслях производства кирпича и раствора.

Винокуренные заводы, например, подвергаются высокому риску поражения молнией из-за горючести спирта. Молния считается причиной пожара 1996 года на винокурне Heaven Hill в Кентукки, который уничтожил почти 5 миллионов галлонов бурбона, 2% мировых запасов. Совсем недавно пожар 2003 года на винокурне Jim Beam, также в Кентукки, потребил почти 1 миллион галлонов и породил огненные торнадо.

Автоматизированные склады в отрасли создают еще одну проблему. Их большие площади на крыше представляют собой открытую мишень для молнии, а случайный выброс молнии может вывести из строя роботов, занимающихся управлением запасами и сборщиком запасов.

Пример: судебно-медицинские расследования

Блок охлаждения электростанции, работающей на природном газе, подвергался повреждениям от молнии чаще, чем другие блоки.

Некоторые здания и сооружения настолько сложны или имеют такие строгие критерии эффективности, что необходимо консультироваться со специалистами-консультантами.

Так было на 15-летней электростанции, работающей на природном газе, мощностью 1800 МВт, обслуживающей два южных штата. Наряду с другими проблемами, один из холодильных агрегатов станции получил значительно больше повреждений, связанных с молнией, чем другие агрегаты.Помимо обычных рисков для зданий и оборудования, существовала озабоченность по поводу взрывоопасности резервуарного парка. Хотя до настоящего времени повреждения ограничивались огнями, датчиками, видеомониторами в центре управления двигателями и другими отдельными электронными устройствами, было приказано провести расследование, чтобы предотвратить серьезную неисправность.

Исследование включало тщательный осмотр и тестирование удельного сопротивления заземления, сопротивления заземления, соединения, паразитных токов, импеданса контура, а также токов заземления двигателя и сопротивления соединения.Консультант обнаружил, что холодильные агрегаты с меньшими повреждениями более точно соответствуют стандартам молниезащиты и заземления, что еще раз подтверждает передовые отраслевые практики (см. Рисунок 5).

Некоторые из проблем были столь же очевидны, как обрыв соединений или опоры освещения, которые не были подключены к системе молниезащиты. Другие проблемы требовали сложного анализа контуров заземления, электромагнитного экранирования и других явлений. Многие проблемы возникли из-за модификаций, которые были внесены с течением времени, но не были должным образом интегрированы в LPS.

Консультант расставил приоритеты по вопросам и предложил улучшения, которые завод может производить постепенно.


Дженнифер Морган — президент Scientific Lightning Solutions LLC и эксперт в области разработки, тестирования и наблюдения за молниезащитой. Она также является владельцем East Coast Lightning Equipment Inc.

Майкл Чусид — архитектор и специалист по строительным изделиям и системам. Оба автора сертифицированы Lightning Safety Alliance для предоставления программ непрерывного образования.

ударов молнии: защита, осмотр и ремонт

Когда коммерческие самолеты поражаются молнией, результат может варьироваться от отсутствия повреждений до серьезных повреждений, требующих обширного ремонта, который может вывести самолет из строя на длительный период времени. Понимание типичных последствий ударов молнии и надлежащие процедуры проверки повреждений могут подготовить операторов к быстрым действиям, когда сообщается о ударе молнии, для принятия наиболее эффективных мер по техническому обслуживанию.

Эта статья помогает обслуживающему персоналу и летным экипажам понять явления удара молнии и помогает операторам понять требования к проверке повреждений при ударах молнии и связанные с ними эффективные ремонтные работы, которые повышают эффективность обслуживания при ударах молнии.

Обзор Lightning

На частоту ударов молнии, которые испытывает самолет, влияет несколько факторов, в том числе географическая зона, в которой работает самолет, и то, как часто самолет проходит высоты взлета и посадки, где молниеносная активность наиболее распространена.

Молния может сильно различаться в зависимости от географического положения. Например, в Соединенных Штатах в некоторых частях Флориды в среднем бывает 100 грозовых дней в год, в то время как на большей части Западного побережья в среднем только 10 грозовых дней в год. В остальном мире молнии чаще всего возникают около экватора, потому что тепло в этом регионе способствует конвекции, создавая широко распространенные грозы почти ежедневно. На мировой карте молний НАСА показано географическое распределение молний (см.рис.1). Области наибольшей активности показаны оранжевым, красным, коричневым и черным цветом. Области низкой активности — белый, серый, фиолетовый и синий. Самый низкий уровень грозовой активности наблюдается над океанами и полярными районами. Он наиболее высок над теплыми континентальными районами. Пронумерованная шкала представляет количество вспышек молний на квадратный километр в год.

Рисунок 1: Молниеносная активность во всем мире

На этой карте показано глобальное распределение молний с апреля 1995 г. по февраль 2003 г. по результатам объединенных наблюдений оптического детектора переходных процессов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) (апрель 1995 г. — март 2000 г.) и наземных информационных систем (январь 1998 г. — февраль 2003 г.). .Изображение любезно предоставлено НАСА.

Наблюдения за молниями с апреля 1995 г. по февраль 2003 г.

Плотность вспышки (вспышек / км2 / год)

Больше ударов молний от реактивных самолетов происходит в облаках на этапах набора высоты и снижения, чем на любом другом этапе полета (см. Рис. 2). Причина в том, что грозовая активность более распространена на высоте от 5 000 до 15 000 футов (от 1524 до 4572 метров) над уровнем моря (см. Рис. 3). Самолеты, которые летают по коротким маршрутам в районах с высокой степенью молниеносной активности, вероятно, будут подвергаться ударам чаще, чем дальнемагистральные самолеты, работающие в более благоприятных условиях молнии.

Рисунок 2: Удары молнии с самолета при ориентации облаков

Большинство ударов молнии в самолет происходит, когда самолет летит в облаках.

Облако ориентации процентов от общего количества *
Выше <1%
В пределах 96%
Ниже 3%
Между <1%
Рядом <1%

* Шестьдесят два удара не показали ориентацию облаков во время события удара.

Источник: Рисунок 2 адаптирован из проекта отчетов авиакомпаний о ударах молнии: пилотные отчеты и эффекты молний Дж. Андерсона Пламмера, Lightning Technologies Inc., август 2001 г. Данные были собраны у авиакомпаний, о которых было сообщено о 881 ударе.

Рисунок 3: Распределение ударов молнии по высоте

Обзор коммерческих самолетов США показал, что большинство ударов молний происходит на высоте от 5 000 футов (1524 метра) до 15 000 футов (4572 метра).

Источник: данные на рисунках 3 и 4 были адаптированы из данных книги Франклина А.Фишер, Дж. Андерсон Пламмер и Родни А. Перала, 2-е изд., Lightning Technologies Inc., 2004.

Одна молния может содержать до 1 миллиона вольт или 30 000 ампер. Количество и тип повреждений, которые получает самолет при ударе молнии, могут сильно различаться в зависимости от таких факторов, как уровень энергии удара, места прикрепления и выхода, а также продолжительность удара.

Из-за этих различий между ударами молнии можно ожидать, что чем чаще самолет поражается сильной молнией, тем больше вероятность того, что некоторые из этих событий приведут к уровням повреждений, которые могут потребовать ремонта.

Наибольшая вероятность прикрепления молнии к самолету — это внешние конечности, такие как законцовка крыла, нос или руль направления. Удары молнии чаще всего происходят на этапах набора высоты и снижения на высоте от 5 000 до 15 000 футов (от 1524 до 4572 метра). Вероятность удара молнии значительно снижается на высоте более 20 000 футов (6096 метров).

Семьдесят процентов всех ударов молний происходит во время дождя. Существует сильная взаимосвязь между температурой около 32 градусов по Фаренгейту (0 градусов по Цельсию) и ударами молнии в самолеты.Большинство ударов молнии по самолетам происходит при температуре, близкой к отрицательной.

Условия, вызывающие осадки, также могут вызывать накопление электроэнергии в облаках. Эта доступность электроэнергии связана с осадками и образованием облаков. Большинство ударов молний, ​​поражающих самолеты, происходит весной и летом.

Хотя 70 процентов ударов молний происходит во время осадков, молния может поражать самолеты на расстоянии до пяти миль от электрического центра облака.Примерно 42 процента ударов молнии, о которых сообщили пилоты авиакомпаний, произошли, и пилоты не сообщали о грозах в непосредственной близости от них.

Молниеносное взаимодействие с самолетами

Молния изначально прикрепляется к конечности самолета в одной точке и выходит из другой (см. Рис. 4). Обычно первое крепление осуществляется к обтекателю, носовой части фюзеляжа, гондоле, оперению или законцовке крыла.

Рисунок 4: Как молния прикрепляется к самолету

Молния возникает на передних кромках самолета, которые ионизируются, создавая возможность удара.Токи молний проходят по самолету и выходят на землю, образуя контур с самолетом между энергией облака и землей.

На начальных стадиях удара молнии в самолет можно увидеть свечение на носу или законцовках крыла, вызванное ионизацией воздуха, окружающего передние кромки или острые точки на конструкции самолета. Эта ионизация вызвана увеличением плотности электромагнитного поля в этих местах.

На следующей стадии удара ступенчатый лидер может выходить за пределы самолета из ионизированной области, ища большое количество энергии молнии в ближайшем облаке.Ступенчатые лидеры (также называемые «лидерами») относятся к пути ионизированного воздуха, содержащего заряд, исходящий от заряженного самолета или облака. Когда самолет летит через заряженную атмосферу, лидеры распространяются от его оконечностей, где образовались ионизированные области. Как только лидер из самолета встречает лидера из облака, удар по земле может продолжаться, и самолет становится частью события. В этот момент пассажиры и экипаж могут увидеть вспышку и услышать громкий шум при ударе молнии в самолет.Значительные события случаются редко из-за молниезащиты, встроенной в самолет и его чувствительные электронные компоненты.

После прикрепления самолет пролетает через событие молнии. Во время импульса удара лидер снова присоединяется к фюзеляжу или другой конструкции в других местах, в то время как самолет находится в электрической цепи между облачными областями противоположной полярности. Ток проходит через проводящую внешнюю оболочку и структуру самолета и выходит через другую конечность, например, хвост, в поисках противоположной полярности или земли.Пилоты могут иногда сообщать о временном мерцании огней или кратковременных помехах в работе приборов.

Типичные последствия ударов молнии

Компоненты самолета, изготовленные из ферромагнитного материала, могут сильно намагничиваться под воздействием токов молнии. Это намагничивание может быть вызвано сильным током, протекающим от удара молнии в конструкции самолета.

В то время как электрическая система в самолете спроектирована так, чтобы быть стойкой к ударам молнии, удар необычно высокой интенсивности может повредить такие компоненты, как электрически управляемые топливные клапаны, генераторы, питатели и системы распределения электроэнергии.

Молниезащита для коммерческих самолетов

Большинство внешних частей старых самолетов имеют металлическую конструкцию с достаточной толщиной, чтобы быть устойчивыми к ударам молнии. Эта металлическая сборка — их основная защита. Толщина металлической поверхности достаточна для защиты внутренних помещений самолета от удара молнии. Металлическая оболочка также защищает от проникновения электромагнитной энергии в электрические провода самолета. Хотя металлическая оболочка не препятствует проникновению всей электромагнитной энергии в электрическую проводку, она может удерживать энергию на удовлетворительном уровне.

Понимая природу и последствия ударов молнии, компания Boeing разрабатывает и испытывает свои коммерческие самолеты на предмет защиты от ударов молнии, чтобы обеспечить защиту на протяжении всего срока их службы. Выбор материала, выбор отделки, установка и применение защитных функций являются важными методами уменьшения ущерба от удара молнии.

Области, которые имеют наибольшую вероятность прямого попадания молнии, включают в себя какой-либо тип молниезащиты.Boeing проводит испытания, обеспечивающие адекватность молниезащиты. Композитные детали, которые находятся в зонах, подверженных ударам молнии, должны иметь соответствующую молниезащиту.

Большой объем данных, собранных с самолетов, находящихся в эксплуатации, представляет собой важный источник информации о защите от ударов молнии, которую Boeing использует для улучшения контроля повреждений при ударах молнии, которые снизят значительный ущерб от ударов молнии при надлежащем техническом обслуживании.

Молниезащита на самолетах может включать:

  • Экраны пучка проводов.
  • Ремни заземления.
  • Композитная структура из вспененной фольги, проволочная сетка, алюминиевое покрытие напылением пламенем, встроенная металлическая проволока, металлические рамы для картин, переключающие полосы, металлические вкладыши из фольги, стеклоткань с покрытием и склеенная алюминиевая фольга.
Действия после удара молнии в самолет

Удары молнии по самолетам могут происходить без предупреждения для летного экипажа. Когда в самолет поражает молния, и пилот очевиден для пилота, пилот должен определить, будет ли полет продолжен до пункта назначения или будет перенаправлен в другой аэропорт для проверки и возможного ремонта.

Технические специалисты могут находить и идентифицировать повреждения от удара молнии, понимая механизмы молнии и ее прикрепление к самолетам. Технические специалисты должны знать, что удары молнии могут не регистрироваться в журнале полетов, потому что пилоты могли не знать, что в самолет произошел удар молнии. Базовые знания о ударах молнии помогут техническим специалистам в эффективном техническом обслуживании.

Выявление повреждений коммерческого самолета от удара молнии

Удары молнии по самолетам могут повлиять на конструкции в точках входа и выхода.В металлических конструкциях повреждения от молнии обычно проявляются в виде ямок, ожогов или небольших круглых отверстий. Эти отверстия можно сгруппировать в одном месте или разделить на большой площади. Обгоревшая или обесцвеченная кожа также показывает повреждения от удара молнии.

Прямые последствия удара молнии можно определить по повреждению конструкции самолета, например, по проплавлению, резистивному нагреву, питтингу в конструкции, признакам ожога вокруг креплений и даже по отсутствию конструкции на конечностях самолета, такой как вертикальный стабилизатор, крыло. наконечники и края горизонтального стабилизатора (см. рис.5). Конструкция самолета также может быть разрушена ударными волнами, присутствующими во время удара молнии. Еще одним признаком удара молнии является повреждение крепежных лент. Эти ремни могут сломаться во время удара молнии из-за высоких электромагнитных сил.

Рисунок 5: Молниезащита и повреждения от ударов

По часовой стрелке от верхнего левого угла: повреждение молнией горизонтального стабилизатора, руля направления, антенны и перемычки.

Поскольку самолет пролетает больше, чем его собственная длина в течение времени, необходимого для начала и завершения удара, точка входа будет изменяться по мере того, как вспышка присоединяется к другим точкам позади начальной точки входа.Свидетельство тому — инспекционные проверки, когда вдоль фюзеляжа самолета были обнаружены множественные ожоги (см. Рис. 6).

Рисунок 6: Повреждения, вызванные движением молнии по самолету

Когда удар молнии движется по самолету, он может вызвать повреждение «стреловидным ударом».

Молния также может повредить композитные конструкции самолета, если защитная отделка не нанесена, не спроектирована должным образом или не соответствует требованиям. Часто это повреждение в виде пригоревшей краски, поврежденного волокна и удаления композитного слоя (см. Рис.7).

Рисунок 7: Повреждение молнией составного самолета

Композитные конструкции обладают меньшей проводимостью, чем металлические, что приводит к более высоким напряжениям. Это тип повреждений, которые могут возникнуть, если молниезащита не применяется или не соответствует требованиям.

Процедуры проверки конструкций при ударах молнии

Если молния поражает самолет, необходимо выполнить условную проверку на предмет наличия молнии, чтобы определить точки входа и выхода молнии.Осматривая зоны входа и выхода, обслуживающий персонал должен внимательно осмотреть конструкцию, чтобы найти все повреждения, которые произошли.

Условный осмотр необходим для выявления любых структурных повреждений и повреждений системы перед возвратом в эксплуатацию. В конструкции могут быть прожженные отверстия, которые могут привести к потере давления или появлению трещин. Перед полетом критически важные компоненты системы, жгуты проводов и перемычки должны быть проверены на пригодность к полетам. По этим причинам Boeing рекомендует провести полную условную инспекцию на случай удара молнии до следующего полета, чтобы поддерживать самолет в летном состоянии.

Зоны удара молнии в самолетах определены в соответствии с Рекомендуемой практикой (ARP) SAE 5414 (см. Рис. 8). Некоторые зоны более подвержены ударам молнии, чем другие (см. Рис. 9). Точки входа и выхода молнии обычно находятся в Зоне 1, но очень редко могут происходить в Зонах 2 и 3. Удар молнии обычно попадает в самолет в Зоне 1 и вылетает из другой зоны Зоны 1. Чаще всего пострадают внешние компоненты:

  • Обтекатель.
  • Гондолы.
  • Наконечники крыла.
  • Наконечники горизонтального стабилизатора.
  • Лифты.
  • Наконечники вертикальных ребер.
  • Концы заслонок передней кромки.
  • Обтекатели гусеницы закрылка задней кромки.
  • Шасси шасси.
  • Мачты водосточные.
  • Датчики данных о воздухе (датчики Пито, статические порты, лопасть угла атаки [AOA], датчик общей температуры воздуха).

Рисунок 8: Определения зоны молнии

Зоны молний в самолетах, определенные в Рекомендациях SAE Aerospace 5414.

Обозначение зоны Описание Определение
1A Зона первого обратного хода Все области поверхности самолета, где возможен первый возврат во время присоединения канала молнии с малым ожиданием вспышки.
1B Зона первого обратного хода при долгом зависании на Все области поверхности самолета, где возможен первый возврат во время присоединения канала молнии с малым ожиданием вспышки.
Переходная зона для первого обратного хода Все области поверхности самолета, где возможен первый возвратный удар с уменьшенной амплитудой во время присоединения канала молнии с малым ожиданием вспышки.
2A Зона хода стреловидности Все области поверхности самолета, где вероятен первый возврат уменьшенной амплитуды во время присоединения канала молнии с малым ожиданием вспышки.
2B Зона стреловидного хода с длинным подвесом на Все области поверхности самолета, в которые канал молнии несет последующий обратный удар, вероятно, будут охвачены с высокой вероятностью зависания вспышки.
3 Нанесите удары, кроме Зоны 1 и Зоны 2 Те поверхности, которые не находятся в зоне 1A, 1B, 1C, 2A или 2B, где любое присоединение канала молнии маловероятно, и те части самолета, которые находятся под или между другими зонами и / или проводят значительное количество электрического тока. ток между точками крепления прямого или скользящего хода.

Рисунок 9: Зоны молнии в самолете

Зоны самолета, подверженные ударам молнии, обозначены зонами. Зона 1 указывает на область, которая может быть затронута первоначальным нанесением удара. Зона 2 указывает на перемещение навесного оборудования. Зона 3 указывает области, которые могут испытывать кондуктивные токи без фактического воздействия удара молнии.

В Зоне 2 начальная точка входа или выхода является редким событием, но в таком случае канал молнии может быть отодвинут назад от начальной точки входа или выхода.Например, обтекатель может быть областью начальной точки входа, но канал молнии может отодвигаться назад вдоль фюзеляжа за обтекателем за счет поступательного движения самолета.

Настоятельно рекомендуется обследование в Зоне 3, даже если во время обследований Зоны 1 и Зоны 2 не было обнаружено никаких повреждений. Таким образом, любые точки входа и выхода должны быть обозначены в Зонах 1, 2 или 3, чтобы можно было тщательно осмотреть и отремонтировать при необходимости непосредственные области вокруг них.

Обследование молниевых поверхностей по зоне

Boeing предоставляет процедуры проверки на случай удара молнии, чтобы убедиться, что внешние поверхности не повреждены.Операторы должны ссылаться на применимые процедуры технического обслуживания как на авторитетный источник инструкций по проверке / ремонту. Предлагаемые типовые процедуры включают следующие общие рекомендации.

  • Выполните стандартный осмотр внешней поверхности для Зоны 1 и Зоны 2.
  • Осмотрите все внешние поверхности самолета:
    • Внимательно осмотрите внешние поверхности, чтобы найти точки входа и выхода удара молнии, и осмотрите области, где одна поверхность заканчивается и начинается другая.
    • Осмотрите металлическую и неметаллическую конструкцию на предмет повреждений.
    • В композитных конструкциях расслоение может быть обнаружено методами инструментального неразрушающего контроля или испытанием на удар.
    • Для Зоны 2 осмотрите зонды Пито, датчики AOA, статические порты и их окружающие области на предмет повреждений.

Если точки входа и выхода не обнаружены во время обследования Зон 1 и 2, следует проверить участки поверхности Зоны 3 на предмет повреждений от удара молнии.Проверки Зоны 3 аналогичны Зонам 1 и 2. Дополнительные проверки Зоны 3 включают:

  • Осмотрите все внешние фонари, ищите:
    • Неисправные узлы освещения.
    • Сломанные или потрескавшиеся линзы.
    • Другие видимые повреждения.
  • Осмотрите поверхности управления полетом на предмет повреждений от удара молнии и выполните необходимые эксплуатационные проверки.
  • Осмотрите дверцы шасси.
  • Проверьте резервный магнитный компас.
  • Проверить точность системы подачи топлива.
  • Осмотрите разрядники статического электричества.

Примечание. Это краткое изложение процедур проверки. Персоналу по техническому обслуживанию следует обращаться к главе 5 Руководства по техническому обслуживанию воздушного судна (AMM) для проверяемой модели самолета.

Осмотр внутренних компонентов самолета

Если удар молнии вызвал неисправность системы, выполните полное обследование затронутой системы с использованием соответствующего раздела AMM для этой системы.

Выполняйте проверку резервной системы компаса только в том случае, если летный экипаж сообщил об очень большом отклонении компаса.

Убедитесь, что система количества топлива точна, используя встроенное испытательное оборудование.

Эксплуатационные испытания радионавигационных систем

Уровень проверок после удара молнии в самолет определяется информацией летного экипажа и состоянием самолета после инцидента.

Например, если все системы навигации и связи эксплуатируются летным экипажем в полете после удара молнии и никаких аномалий не обнаружено, проверки работающих систем обычно не требуются.

Для систем, не эксплуатируемых летным экипажем в полете, или систем, в которых были обнаружены аномалии, могут потребоваться дополнительные процедуры эксплуатационных испытаний, как указано в соответствующем AMM. Кроме того, даже если система эксплуатировалась в полете после удара молнии и никаких аномалий не было обнаружено, но последующие проверки показали повреждение молнией вблизи этой системной антенны, могут потребоваться дополнительные проверки этой системы.

Логический процесс для проверки внутренних компонентов в процедурах технического обслуживания, предоставляемых Boeing, следует аналогичному процессу (см. Рис.10).

Рисунок 10: Блок-схема условной проверки внутренних компонентов

Boeing рекомендует провести условную проверку на предмет наличия молнии перед следующим полетом, чтобы поддерживать самолет в летном состоянии.

Ремонт конструкций с ударом молнии

Подробную информацию и процедуры для общих пределов допустимых повреждений от молнии и применимых переделок или ремонтов можно найти в руководстве по структурному ремонту (SRM) для каждой модели самолета.Персонал по техническому обслуживанию должен восстановить первоначальную структурную целостность, предел прочности, защитную отделку и материалы после удара молнии.

В ответ на запросы клиентов на обучение, компания Boeing разработала курс по ремонту SRM, чтобы дать техническим специалистам и инженерам по техническому обслуживанию возможность обучаться оценке и ремонту повреждений самолета от удара молнии. Темы включают типы повреждений, принципы проектирования защиты от ударов молнии, методы проверки повреждений, допустимые пределы ущерба, ремонт и восстановление методов защиты.Дополнительное обучение пониманию воздействия молнии на самолеты и инструкции по проверке можно запросить через представителя авиакомпании Boeing. По окончании курса студент сможет:

  • Выявить причины и механизмы удара молнии.
  • Обозначить на самолете участки, подверженные ударам молнии.
  • Описать принципы проектирования молниезащиты.
  • После удара молнии выполните соответствующие проверки.
  • Определите особые процедуры доработки для участков, пострадавших от ударов молнии.
  • Понимать требования к восстановлению защиты от ударов молнии и их снижению.

Для получения дополнительной информации о доступном стандартном обучении по техническому обслуживанию обращайтесь на MyBoeingTraining.com.

Сводка

Эксплуатанты должны знать об условиях, которые способствуют ударам молнии в самолетах, и избегать излишнего воздействия на них грозового воздействия молний.Хотя в самолетах Boeing предусмотрена обширная защита от ударов молнии, удары молнии по-прежнему могут влиять на работу авиакомпаний и вызывать дорогостоящие задержки или перебои в обслуживании. Четкое понимание надлежащих процедур осмотра и ремонта может повысить эффективность обслуживающего персонала и гарантировать, что все повреждения, вызванные молнией, будут выявлены и устранены.

Энергии | Бесплатный полнотекстовый | Исследование и улучшение стандартной внешней системы молниезащиты: пример промышленного применения

1.Введение

Индонезия, расположенная на экваторе, является страной архипелага, 70% территории которой окружено океаном. Испарение очень велико, и такое состояние является преимуществом для образования грозовых облаков. Таким образом, Индонезия — одна из стран с самой высокой частотой ударов молний в мире [1]. В одном из районов Восточной Явы, Гресике, бывает около 159 грозовых дней в году. Хотя это не слишком много, это все еще серьезная угроза для завода 1 нефтехимической компании в этой области, особенно для башни приллирования и здания DCS.Некоторые ненужные отключения произошли из-за непрямых ударов молнии.

Иногда игнорируется гармония конструкции между внешней молниезащитой, внутренней молниезащитой и системой заземления. Это может вызвать серьезные проблемы, такие как поломка оборудования до остановки завода. Эти поломки и остановки заводов имеют огромное экономическое влияние на производство и доход компании.

Отключение электроэнергии часто случается после ударов молнии на территории завода.В одном из таких случаев оператор ранее удалил устройство защиты от перенапряжения (SPD) из системы защиты, следуя инструкциям консультанта компании по устранению этого явления. Поскольку это явление затемнения из-за ударов молнии повторялось неоднократно, требуется более всестороннее расследование, чтобы предоставить наиболее точные рекомендации и анализ.

Точность этого исследования зависит от моделирования системы заземления. Многие исследователи отмечают электрические характеристики почвы.Это исследование также относится к использованию Бхумкиттипичем [2] сопротивления без индуктивности. Это моделирование — проверенный метод, признанный во многих исследованиях. Кроме того, понятно, что точность не будет такой хорошей, как при полном моделировании характеристик почвы и индуктивности, но она по-прежнему приемлема для промышленного применения. Несколько исследований влияния ударов молнии на линии передачи, высокие конструкции, явления скачкообразного напряжения, сеточные системы заземления и подстанции [3,4,5,6,7,8].Тем не менее, мало исследований всесторонне исследуют влияние ударов молнии, которые могут вызвать отказ в низковольтной электрической системе. Это исследование исследует и оценивает систему молниезащиты башни приллирования и зданий DCS на Заводе 1, которая, как предполагается, является причиной отключений от ударов молнии. Башня приллирования является самым высоким зданием, а здание DCS содержит контрольно-измерительное оборудование, которое очень чувствительно к помехам от молнии [9].Это исследование также всесторонне изучило внешнюю систему молниезащиты, внутреннюю систему молниезащиты и систему заземления.

2. Молния и система ее защиты

2.1. Молния
Удары молнии — это вероятные природные явления, которые могут вызвать повреждение зданий, нарушить работу электронного оборудования и даже привести к смерти [10]. Согласно стандарту IEEE 998-1996, удар молнии происходит в два этапа: заряд электрона от облака до земли из-за ионизации газа в воздухе, а затем ответный удар.В результате ионизации возникает электрическое поле между облаком и землей. Если электрическое поле составляет около 100 миллионов вольт, направленный вниз лидерный разряд происходит в виде ступенчатого лидера. Формирование идущей вниз высокоскоростной поводки приводит к увеличению разности потенциалов между вершиной ступенчатой ​​поводки и землей, а затем приводит к срабатыванию восходящей опоры от высотного объекта на земле. Этот процесс продолжается до тех пор, пока оба лидера не встретятся в точке на определенной высоте [11]. Этот механизм показан на упрощенной модели на Рисунке 1.
2.2. Система молниезащиты
Система молниезащиты (LPS) — это попытка преодолеть потенциальную опасность из-за ударов молнии [12]. Существует два типа СМЗ: внешняя СМЗ, предназначенная для защиты объектов от прямого удара, и внутренняя СМЗ, служащая для защиты объектов от непрямого удара молнии. Конструкция СМЗ для территории застройки должна быть тщательно проанализирована, чтобы минимизировать вредное воздействие молния; LPS может даже не потребоваться. Все это тесно связано с количеством грозовых дней в году для исследуемой территории [13].Как указано в IEC 61024-1-1, требуемый уровень молниезащиты может быть определен с помощью формул (1) — (3) ниже [14]:

Ae = a × b + 6h (a + b) + 9πh3

(3)

где,

a = длина крыши здания (м)

b = ширина крыши здания (м)

h = высота крыши здания (м)

T d = количество грозовых дней в году

N g = плотность удара молнии на землю (удар / км 2 / год)

N d = количество ударов молнии в год

A e = площадь с N d ударов молнии в год

2.3. Метод катящейся сферы
Метод катящейся сферы (RSM), как написано в IEC 62303, использует воображаемую сферу радиуса R, катящуюся по объекту. Место, где сфера касается поверхности здания, должна быть защищена от ударов молнии. Значение R можно рассчитать с помощью уравнения (4) [15]. Затем значение R можно использовать для определения требуемого уровня молниезащиты (LPL), как показано в таблице 1. где,

R = радиус катящейся сферы

I = расчетная величина тока молнии

2.4. Метод защитного угла
Другим методом защиты, рекомендованным IEC 62305, является метод защитного угла (PA). Однако из-за определенных ограничений этот метод неприменим к установкам с башнями. Уравнение (5) Хассе и Визингера — это уравнение, которое можно использовать для определения зоны молниезащиты для метода PA. где:

∝o = защитный угол

h = высота здания (м)

r = расстояние удара (м)

2.5. Заземление и повышение потенциала земли
Система заземления направлена ​​на отвод тока молнии к земле.Существует три типа заземления, а именно: силовое или электрическое заземление, заземление молнии и заземление приборов [16]. Повышение потенциала заземления (GPR), согласно IEEE 367, представляет собой явление повышения потенциала из-за тока, протекающего в импедансе заземляющего стержня [16]. 17]. Из соображений безопасности георадар не должен быть выше безопасного предела и не должен генерировать напряжение прикосновения и ступенчатое напряжение. Согласно исследованию, проведенному Jinliang He, максимальное значение GPR в системе заземления составляет около 5 кВ [18].

В этой статье сопротивление заземляющего проводника использовалось в качестве модели и относится к стандарту, который использует только сопротивление заземления для расчетов конструкции заземления, например, IEEE Std.80, IEC 62305 и т. Д. Этот метод является достаточным, проверенным и не пренебрегает минимальными требованиями к проектированию хорошей системы молниезащиты. Тем не менее, в будущем, если точность является основным вопросом, индуктивность и емкость заземляющего стержня и заземляющего кабеля могут быть включены в моделирование.

Ток молнии, протекающий через электрод к земле, воздействует на другой электрод на определенном расстоянии. Ток молнии распределяется по земле радиально, как показано на рисунке 2 [19].Если молния ударяет в землю, ток молнии распространяется радиально. Следовательно, в земле образуется эквипотенциальная зона, как показано синей линией на рисунке. Эти разности потенциалов заставляют ток течь от более высокого до более низкого потенциалов на определенном расстоянии, что приводит к повышению потенциала земли в других заземляющих стержнях. Сопротивление заземления между заземляющими электродами (R h ) можно рассчитать с помощью уравнения (6): где:

R h = сопротивление между двумя заземляющими стержнями на расстоянии r 2 (Ом)

ρ = удельное сопротивление заземления (Ом · м)

r 1 = глубина заземляющего стержня (м)

r 2 = расстояние между электродами (м)

Сопротивление заземляющего проводника и токоотвода (R d ) определяется с помощью уравнения (7):

3.Данные и модель

3.1. Данные о градирне для приллирования

Башня для приллирования исследуемой установки имеет высоту и ширину 80 м и 14 м соответственно. Существующая внешняя СМЗ была установлена ​​в другой башне высотой 86 м. Его расстояние примерно 2 м от башни приллирования. Эта СМЗ представляет собой необычную сферическую систему Dyna, установленную в 5 м от вершины башни, с максимальным радиусом защиты 100 м.

3.2. Заземление DCS Building
Данные для системы заземления DCS Building на месте обследования приведены в Таблице 2.Измерения сопротивления заземления методом ведомого стержня представлены в таблице 3.
3.3. Модель системы заземления
В этом исследовании система заземления была смоделирована с использованием ATP / EMTP. На рисунке 3 изображены существующие и модифицированные модели системы заземления, где заземляющие стержни отделены друг от друга. Чтобы оценить влияние системы эквипотенциального заземления, рисунок 3a был изменен путем соединения всех заземляющих стержней и представления эквивалентных сопротивлений в модели, как показано на рисунке 3b.

4. Анализ систем молниезащиты

В целом, в этом исследовании обсуждались две проблемы, а именно молниезащита башни приллирования и здание DCS завода 1 нефтехимической промышленности в Гресике, Индонезия.

4.1. Оценка уровня молниезащиты

Плотность ударов молнии в землю была рассчитана с использованием уравнения (1) — уравнения (3), и было обнаружено, что плотность ударов молнии в землю (N г ) составляет около 23 .76 км 2 в год. Причем частота прямых ударов молнии (N d ) составляет около 4,62 ударов в год. Основываясь на результатах расчетов и экономических соображениях, было бы разумно выбрать уровень молниезащиты (LPL) 4. Затем LPL 4 был использован для анализа системы защиты с использованием метода катящейся сферы.

4.2. Оценка существующей LPS с использованием метода вращающейся сферы

LPL 4 был выбран для анализа системы защиты с использованием RSM.Это означает, что LPS должна улавливать минимальный ток молнии 16 кА. Используя уравнение (4), радиус катящейся сферы составляет 60,63 м (что дает округленное значение 60 м).

На рис. 4 показана модель RSM существующих защитных зон башни приллирования и СМЗ здания DCS. Это ясно показывает, что установленный внешний LPS не соответствует стандартам IEC 1024-1-1 и IEC 62305. Мы предлагаем улучшить существующую внешнюю СМЗ, добавив молниеприемник высотой 3 м, установленный в центре крыши башни приллирования, и сетчатый проводник вокруг крыши высотой до 1 м.66 м, как показано на Рисунке 5. Таким образом, башня приллирования будет защищена надлежащим образом, как показано на Рисунке 6.
4.3. Анализ метода угла защиты
На основе существующей LPS известно, что высота существующего молниеприемника составляет 91 м, а зона радиуса защиты составляет около 100 м. Следовательно, угол защиты можно рассчитать следующим образом: Это означает, что если система защиты работает на максимальном радиусе защиты, угол защиты молниеприемника составляет 47,7 °, как показано на рисунке 7.

Модель также показывает состояние модифицированной СМЗ башни приллирования. Зная угол защиты и используя уравнения (4) и (5), было установлено, что расстояние поражения составляет около 249,5 м, при этом максимальный ток молнии, который может быть уловлен, составляет около 236,8 кА.

4.4. Анализ существующей системы заземления
Моделирование было выполнено с использованием модели, показанной на рисунке 3, и использованные токи молнии составляли 10 кА, 20 кА и 30 кА. Модель молнии была 1.2 мкс / 50 мкс. Результат для GPR отдельной системы заземления или системы без какого-либо соединения между заземляющими стержнями показан в таблице 4. Из таблицы 1 ясно показано, что если ток молнии превышает 20 кА, то GPR при некоторые из измеренных точек не совпадают с максимально допустимым георадаром 5 кВ. С другой стороны, переходное перенапряжение на трансформаторе все еще соответствует максимуму 30 кВ для системы 6 кВ [19]. Подключение всех заземляющих стержней в системе направлено на то, чтобы система заземления имела одинаковый потенциал (эквипотенциальный ).Результаты моделирования эквипотенциальной системы можно увидеть в Таблице 5. Новое сопротивление заземляющего стержня, выбранное при моделировании, составило 0,75 Ом. Как видно из Таблицы 5, повышение потенциала земли для каждого тока молнии относительно одинаково. Подобный потенциал заземления системы означает, что можно избежать возникновения контура заземления во время удара молнии. Следовательно, ток между заземляющими стержнями отсутствует. Более того, георадар во всех точках измерения был относительно небольшим по сравнению с системой без эквипотенциального заземляющего стержня.Некоторые проблемы можно решить с помощью этой системы; однако система все еще требует улучшения, поскольку при токе молнии 30 кА GPR все еще превышает 5 кВ. Чтобы улучшить систему заземления и сделать георадар приемлемым, предлагается установить дополнительное устройство защиты от перенапряжения (SPD) в некоторой точке системы эквипотенциального заземления. По словам Джо Зулио, SPD могут минимизировать эффект ударов молнии [20]. УЗИП действует как низковольтный грозозащитный разрядник и устанавливается во входной электрической системе.Его заземление подключается так же коротко, как и заземление оборудования. Конфигурацию установленного SPD можно увидеть на рисунке 8. Результаты моделирования георадара, исследованного в некоторых точках системы эквипотенциального заземления с SPD, можно увидеть в таблице 6. Результаты показывают, что эта комбинация может значительно снизить величину георадара; Георадар на трансформаторе был ниже 1 кВ для всех смоделированных токов молнии.

Кроме того, в исследуемой системе заземления коэффициент полезного действия георадара был ниже 100 В; поэтому для системы заземления здания DCS рекомендуется комбинация системы эквипотенциального заземления и низковольтного SPD.

5. Выводы

Были оценены и исследованы системы молниезащиты и заземления башни приллирования и здания АСУ ТП завода I нефтехимической компании. На основании исследования можно сделать некоторые важные выводы и предложить некоторые улучшения, а именно:

  • Требуемый уровень защиты системы молниезащиты был определен равным 4 на основе IEC 62305, что позволит улавливать минимальное количество молний. ток 16 кА.

  • Исходя из метода катящейся сферы, существующие СМЗ, установленные на вышке рядом с башней приллирования, не могут ее защитить. Предлагается установить СМЗ наверху башни приллирования с обычным молниеотводом высотой 3 м и проводником с ячейкой высотой 1,66 м.

  • Потенциальное превышение уровня земли (GPR) в существующей системе заземления здания РСУ составляло более 5 кВ при токе молнии 20 кА или выше. Это не соответствовало стандарту. Были предложены улучшения, подключив все заземляющие стержни.Таким образом, они станут одноточечным эквипотенциальным заземлением и системой защиты от перенапряжения (SPD). Основываясь на проведенном моделировании, предлагаемое усовершенствование может снизить напряжение георадара ниже 100 вольт в некоторых исследуемых точках.

Из приведенных выше результатов следует подключить внешнюю молниезащиту, внутреннюю молниезащиту и систему заземления для создания надежной системы молниезащиты. В будущем индуктивность и емкость заземляющих стержней и заземляющих проводов могут быть рассмотрены для улучшения прогнозов георадара.

Вклад авторов

Концептуализация, Д.Ф .; Data curation, I.S.H .; Расследование, A.B.K .; Валидация, R.B.P .; Письмо — черновик, I.M.Y.N .; Написание — просмотр и редактирование, Д.Ф. и Д.А.А. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование не получало внешнего финансирования.

Заявление институционального наблюдательного совета

Не применимо.

Заявление об информированном согласии

Не применимо.

Выражение признательности

Автор хотел бы поблагодарить нефтехимическую компанию в Gresik Indonesia за предоставленные данные и разрешение авторам провести некоторые измерения на месте и поддержку, предоставленную Institut Teknologi Sepuluh Nopember на исследовательских объектах.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

  1. Supartono, E .; Haryono, T .; Сухарянто. Применение метода конусной защиты и вращающейся сферы в анализе внешней молниезащиты на РЛС 214.Int. J. Adv. Англ. Technol. 2015 , 8, 475–481. [Google Scholar]
  2. Bhumkittipich, K .; Topradith, B .; Суванасрим, Т. Анализ явлений молний для подземной системы нефтепроводов. Энергетические процедуры 2013 , 34, 148–158. [Google Scholar] [CrossRef]
  3. Thasananutariya, T .; Spuntupong, K .; Чатратана, С. Проектирование системы заземления для внутренней подстанции GIS. В материалах конференции IEEE Region 10 2004 г. TENCON, Чиангмай, Таиланд, 21-24 ноября 2004 г .; стр.413–416. [Google Scholar]
  4. Parise, G .; Gatta, F .; Лаурия, С. Система общего заземления. В материалах Технической конференции IEEE Systems по промышленной и коммерческой энергии, Сарагота-Спринг, Нью-Йорк, США, 8-12 мая 2005 г .; С. 184–190. [Google Scholar]
  5. Khodr, H.M .; Salloum, G.A .; Миранда, В. Проектирование системы заземления в электрических подстанциях: подход к оптимизации. В материалах конференции и выставки IEEE / PES Transmission & Distribution Latin America, Каракас, Венесуэла, 15-18 августа 2006 г.[Google Scholar]
  6. Neamt, L .; Balan, H .; Chiver, O .; Хотя, А. Соображения по поводу проектирования системы заземления подстанции. В материалах 8-й Международной конференции по современным энергетическим системам (MPS), Клуж, Румыния, 21–23 мая 2019 г. [Google Scholar]
  7. Reffin, M.S .; Nor, N.M .; Ahmad, N.N .; Абдулла, С. Функционирование практических систем заземления в условиях высоких импульсов. Energies 2018 , 11, 3187. [Google Scholar] [CrossRef]
  8. Mohamad, M.P.A .; Яхая, М.П.; Худи, Н. Пересмотренный проект заземления опоры в высоковольтной сети передачи для условий высокочастотных грозовых разрядов; Journal of Physics: Серия конференций; Издательство IOP: Бристоль, Великобритания, 2021 г .; Том 1878. [Google Scholar]
  9. Hasse, P. Защита систем низкого напряжения от перенапряжения, 2-е изд .; Институт инженерии и технологий: Лондон, Великобритания, 2008 г. [Google Scholar]
  10. Курей, В. Защита от молний; Институт инженерии и технологий: Лондон, Великобритания, 2010 г. [Google Scholar]
  11. DEHN.Руководство по защите от молний, ​​3-е изд .; DEHN + SÖHNE: Ноймаркт, Германия, 2014. [Google Scholar]
  12. IEC 62305. Международный стандарт защиты от молнии; Международная электротехническая комиссия [IEC]: Jenewa, Switzerland, 2006. [Google Scholar]
  13. Pujiantara, R.F. Анализ системы молниезащиты PT Medco E&P Lematang. В финальном проекте; Отдел электротехники ИТС: Сурабая, Индонезия, 2015 г. (на индонезийском языке) [Google Scholar]
  14. IEC 61024.Защита от молнии электромагнитной; Международная электротехническая комиссия [IEC]: Jenewa, Switzerland, 2006. [Google Scholar]
  15. Ait-Amar, S .; Бергер Г. Модифицированная версия метода катящейся сферы. IEEE Trans. Dielectr. Электр. Insul. 2009 , 16, 718–725. [Google Scholar] [CrossRef]
  16. Vijayaraghavan, G .; Brown, M .; Барнс, М. Практическое заземление, соединение, экранирование и защита от перенапряжения; IDC Technologies: Oxford, UK, 2004. [Google Scholar]
  17. Sekioka, S.; Aiba, K .; Окабе, С. Грозовые перенапряжения в цепи низкого напряжения, вызванные повышением потенциала земли. В материалах Международной конференции по переходным процессам энергосистем (IPST’07), Лион, Франция, 4-7 июня 2007 г. [Google Scholar]
  18. He, J .; Чжан, Б .; Цзэн Р. Максимальный предел допустимого повышения потенциала земли системы заземления подстанции. IEEE Trans. Ind. Appl. 2015 , 51, 5010–5016. [Google Scholar] [CrossRef]
  19. IEC 60664-1. Согласование изоляции оборудования низковольтного оборудования; Международная электротехническая комиссия [IEC]: Jenewa, Switzerland, 2007.[Google Scholar]
  20. Зулло Дж. Надлежащее заземление контрольно-измерительных приборов и систем управления в опасных зонах. В материалах конференции по взрывозащите и опасным зонам, Киото, Япония, 2 июня 2009 г .; IDC Technologies: Сан-Хосе, Калифорния, США, 2009 г .; С. 1–12. [Google Scholar]

Рисунок 1. Механизм разряда молнии.

Рисунок 1. Механизм разряда молнии.

Рисунок 2. Феномен георадара.

Рисунок 2. Феномен георадара.

Рисунок 3. Модели системы заземления: ( a ) существующая система; ( b ) модифицированная система.

Рисунок 3. Модели системы заземления: ( a ) существующая система; ( b ) модифицированная система.

Рисунок 4. Модель молниезащиты башни приллирования с РСМ.

Рисунок 4. Модель молниезащитной зоны башни приллирования с RSM.

Рисунок 5. Усовершенствование конструкции внешнего СМЗ башни приллирования.

Рисунок 5. Усовершенствование конструкции внешнего СМЗ башни приллирования.

Рисунок 6. Метод РСМ усовершенствованной СМЗ башни приллирования.

Рисунок 6. Метод РСМ усовершенствованной СМЗ башни приллирования.

Рисунок 7. Максимальная зона молниезащиты при ∝ = 47,7 °.

Рисунок 7. Максимальная зона молниезащиты при ∝ = 47,7 °.

Рисунок 8. Установка УЗИП на вводе электропроводки здания РСУ.

Рисунок 8. Установка УЗИП на вводе электропроводки здания РСУ.

Таблица 1. Уровень молниезащиты (LPL) относительно радиуса катящейся сферы согласно IEC 62305.

Таблица 1. Уровень молниезащиты (LPL) относительно радиуса катящейся сферы согласно IEC 62305.

9119 ток молнии (кА)
Параметры LPL I LPL II LPL III LPL IV
Минимальный ток молнии (кА) 3 5 3 5 200 150 100 100
Радиус подвижной сферы (м) 20 30 45 60

Таблица 2. Данные заземляющих кабелей и проводов.

Таблица 2. Данные заземляющих кабелей и проводов.

0 16 заземление 21120 21120

Таблица 3. Измеренное сопротивление заземления.

Таблица 3. Измеренное сопротивление заземления.

Расположение A (мм 2 ) Длина (м) Сопротивления (Ом)
Кондуктор башни для приллинга 70 88 70 3 0,000737143
DCS 1 70 3 0.000737143
DCS 1 50 4 0,001376
DCS 2 70 5 0,001228571
0,001228571
0487
DCS 3 70 8 0,001965714
DCS 3 50 6 0,002064
Консоль 1 7 7 048700172
Консоль 1 50 7,5 0,00258
Консоль 2 70 11 0,002702857
0,002702857
0,002
Консоль 3 70 13 0.003194286
Консоль 3 50 14 0,004816
ИБП .002064
Аккумулятор 50 9 0,003096
Заземление прибора стержня 1 70 7 0.00172
стержня 2 9048 Заземление 0,00172
Электрическое заземление 70 8 0,001965714
Старый прибор 1 — Новый прибор 1 70 4 0.000982857
От старого прибора 1 к новому прибору 1 70 3 0.000737143
От старого электрического к новому электрическому 70 4 0.000981657
Расположение Примечание Сопротивления (Ом)
Градирня Активный 5
Новый прибор 1 Активный 0.75
Старый прибор 1 Закрыт 5
Новый прибор 2 Активный 1
Старый прибор 2 Закрытый 2011 3
Старые электрические Закрытые 5

Таблица 4. Повышение потенциала за счет георадара в системе разделенных заземляющих стержней.

Таблица 4. Повышение потенциала за счет георадара в системе разделенных заземляющих стержней.

04 9119 9119
Ток молнии (кА) Повышение потенциала заземления (кВ) Переходное напряжение трансформатора (кВ)
Инструмент 1 Инструмент 2 Электрический 2,07 2,15 2,68
20 5.99 4,15 4,31 4,84
30 8,99 6,22 6,46 6,99

Таблица 5. Повышение потенциала из-за георадара в системе эквипотенциального заземления.

Таблица 5. Повышение потенциала из-за георадара в системе эквипотенциального заземления.

011

7 .07
Ток молнии (кА) Повышение потенциала земли (кВ) Переходное напряжение трансформатора (кВ)
Инструмент 1 Инструмент 2 Электрический
2,06 2,06 2,59
20 4,14 4,13 4,13 4,66
30 6,22 30 6,22 30 6,22 30

Таблица 6. Повышение потенциала за счет георадара в системе эквипотенциального заземления с УЗИП.

Таблица 6. Повышение потенциала за счет георадара в системе эквипотенциального заземления с УЗИП.

9
Ток молнии (кА) Повышение потенциала земли (В) Переходное напряжение трансформатора (В)
Прибор 1 Прибор 2 Электрический
16,74 16,74 542,41
20 33,59 33,47 33,47 559,20
30 50.39 50,21 50,21 575,97

Примечание издателя: MDPI сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​институциональных филиалах.


© 2021 Авторы. Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (https: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

Lightning Conductors — Scientific American

В это время года у нас обычно возникают вопросы о молниеотводах, например об их наилучшей форме, наилучшем веществе, толщине и способах их монтажа. Какая перемена произошла в умах людей, уважающих молнию, с тех пор, как философ Франклин открыл ее тождество с электричеством. Одно время янтарь считался обладающим таинственной связью с миром духов, отсюда древние восточные истории о магических кольцах и т. Д.Римские солдаты с трепетом смотрели на огни, которые часто видели танцующими на остриях их копий; и моряки с удивлением смотрели на мерцающие огни — их «Кастор и Поллукс», — которые часто играли вокруг «главного грузовика». Открытие, открытое Стивеном Греем в 1720 году, чуть более века назад, знаменует собой важную эпоху в физической науке; но наиболее важным открытием, связанным с нашим текстом, было открытие Франклина, о котором мы упоминали. Это открытие было одним из самых романтичных за всю историю философии.Как величественно возвышается благородный старый философ-печатник перед мысленным взором, стоящий в своем строгом коричневом пальто, глядя своим спокойным задумчивым лицом вверх, на крохотного воздушного змея, которого он поднял, чтобы выманить молниеносного Долта из темной громовой колесницы и запереть его. это на пол матери-земли. В этот момент родилась новая наука — молниеотводы; Франклин был современным Прометеем, укравшим огонь с небес. Дальнейшие исследования доказали, что земля и воздух в равной степени находились под влиянием электричества, и что это был всепроникающий элемент.Было показано, что в природе не существует тела, через которое этот тонкий принцип не распространялся бы, что изменения постоянно производились вмешательством; Что касается других физических сил, и, таким образом, в усилиях, направленных на восстановление равновесия, мы наблюдаем проявления электрического явления — молнии. На каждой стадии роста животных и растений электричество либо поглощается, либо выделяется, и никакие изменения в форме материи не могут произойти, не влияя на изменение ее электрических условий.Когда вода превращается в пар под сильным солнечным воздействием, электрическое равновесие нарушается, и в усилиях природы по восстановлению утраченного баланса между землей и воздухом возникают грозы. Электричество накапливается и плавает в облаках, и, если оно не разряжается или не возвращается обратно на землю, когда облако становится чрезмерно заряженным своей артиллерией, оно разрывается в ярости и иногда оказывается очень разрушительным для людей и имущества детей человеческих. Когда молния ударяет в дерево, попадая на землю из облака, она часто раскалывает его на куски; он никогда не проходит мимо твердого вещества, на которое падает; он пытается найти свой путь к Земле через промежутки между частицами, составляющими олидный объект; когда этих каналов недостаточно, чтобы передать это, их выбрасывают в стороны, и дерево, дом или другой объект раскололись во всех направлениях.Есть определенные тела, которые благодаря своей особой молекулярной структуре обладают свойством позволять этой жидкости свободно проходить через них, и любое из этих тел достаточного размера, чтобы передать на Землю все электричество грозового облака, если Расположенный рядом с ним, он будет проходить к земле так же тихо, удобно и безвредно, как труба отводит дождевую воду с крыши здания. Эти тела называются молниеотводами; Франклин первым применил их — его практический ум всегда обращал внимание на полезное, и это было одним из его самых полезных открытий.Медный или железный стержень, возведенный так, чтобы выступать над самой высокой точкой здания и проводился к какой-то влажной части земли, как мы уже заявляли, выполняет те же функции для молнии, что и водосточный желоб для дождевой воды, проводя ее. в цистерну с крыши жилого дома. Лучшим проводником молнии является медь — не стоит бояться, что она окажется слишком толстой: Фарадей говорит: «Твердая часть — великий объект». До сих пор многие считали научным фактом, что поверхность была всем в молниеотводе, поэтому скрученные железные стержни и плоские полоски ошибочно использовались вместо толстых стержней одинакового диаметра повсюду.Если мы возьмем провод и сформируем гальваническую цепь с мощной батареей, если одна часть провода будет тонкой или сделана из другого металла, например, железное звено в медной цепи, тонкая часть будет сильно повреждена. нагревается, и железное звено тоже. Следовательно, молниеотвод должен иметь одинаковую толщину ниже верхней точки и должен быть изготовлен из металла толщиной не более одного миллиметра сверху вниз. Острие стержня может быть покрыто серебром или медью. Принцип устройства и монтажа молниеотводов очень прост; это может сделать любой человек или дать указание сделать это, кто меньше всего обращает внимание на изложенные нами принципы.Толщина металлической проволоки, как мы полагаем, должна быть не менее полдюйма в диаметре, но пусть это будет толстая проволока, а не вообще никакой. Стойки для крепления проводника к дымоходу или стене дома должны быть непроводящими, например тонкими металлическими полосками, вбитыми в сухие лакированные деревянные колышки, а проводник должен всегда иметь наибольшую площадь металлической поверхности и раздел ; и он должен заканчиваться какой-нибудь влажной частью земли, например, колодцем или цистерной. Хорошая система громоотводов может защитить любую территорию от грозы.Наука права в этом вопросе, и на юге Франции виноградари теперь защищают свои лозы от разрушительных ливней с градом, вызванных внезапным замерзанием воды дождевого облака, когда оно лишается скрытого тепла внезапными электрическими разрядами. Они делают это, поднимая громоотводы над своими садами; там, где они распространены в изобилии, градовые бури сейчас малоизвестны в тех местах, где когда-то они случались довольно часто.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *