Chống sét cho các tòa nhà và công trình

Sự phóng điện của sét từ điện trong khí quyển có thể gây hư hỏng cách điện, tai nạn lắp đặt điện, tai nạn với con người và phá hủy các tòa nhà và công trình kiến ​​trúc.

Sự xuất hiện của sét

Khi mặt trời làm nóng bề mặt trái đất, các luồng không khí đi lên bão hòa hơi nước sẽ phát sinh. Hạt nước nhỏ hơn mang điện tích âm, hạt nước lớn hơn mang điện tích dương.

Dưới tác động của gió và trọng lực, xảy ra sự phân tách các hạt tích điện trái dấu. Các hạt nước trong mây khi bay lên độ cao hơn 5 km sẽ đóng băng và sụp đổ. Các tinh thể tích điện dương nằm ở phần trên của đám mây, ở độ cao 5-7 km, tích điện âm - ở độ cao 2-5 km. Do sự phân tách điện tích trong các đám mây, cái gọi là được hình thành. Điện tích không gian và các phần khác nhau của đám mây dông có giá trị và dấu điện tích khác nhau. Các điện tích từ dưới cùng của đám mây gây ra các điện tích trái dấu trên mặt đất.

Giữa các đám mây và mặt đất, cũng như giữa các phần khác nhau của đám mây hoặc giữa các đám mây khác nhau, phát sinh các trường cường độ cao — vài chục nghìn vôn trên centimet. Ở cường độ trường khoảng 30 kV / cm, quá trình ion hóa không khí xảy ra, một bước đột phá bắt đầu - cái gọi là phóng điện dẫn đầu (kênh phát sáng mờ có đường kính 10–20 m), di chuyển với tốc độ trung bình 200– 300 km/giây.

Dưới tác động của trường, các điện tích trên mặt đất — ở những khu vực có độ dẫn điện tăng (nơi ẩm ướt, lớp dẫn điện, v.v.) hoặc với các vật thể cao (đồi, ống khói, tháp nước, cột điện, đường dây điện, cây cối, các tòa nhà độc lập trên đồng bằng, v.v.) — di chuyển về phía người lái xe.

Dây dẫn được hướng tới vật thể có điện áp trường lớn nhất và sau đó xảy ra sự phóng điện ngược chiều mạnh, lan truyền với tốc độ tương đương với tốc độ ánh sáng (Hình 1). Ngoài ra, trong vòng chưa đầy một phần mười nghìn giây, một dòng điện lên tới hàng trăm nghìn ampe đi qua cấu trúc bị ảnh hưởng, dưới tác động của plasma nóng lên tới vài chục nghìn độ và bắt đầu phát sáng rực rỡ.

Hiệu ứng ánh sáng phóng ra được coi là tia chớp và sự giãn nở bùng nổ của không khí trong kênh xả tạo ra hiệu ứng âm thanh - sấm sét.

Cơm. 1. Sơ đồ quá trình nhiễm điện của đám mây giông và sự phát triển phóng điện sét đối với vật thể trên mặt đất.

Các phép đo cho thấy khoảng 3/4 lượng phóng điện bắt nguồn từ các phần tích điện âm của đám mây và 1/4 lượng phóng điện từ các vùng tích điện dương. Sau lần đầu tiên, một số lần phóng điện liên tiếp có thể xuất hiện.

Phóng điện sét được đặc trưng bởi các thông số sau:

• biên độ dòng điện — dòng điện quan sát được thường xuyên nhất là 10–30 kA, trong 5–6% phép đo dòng điện đạt 100–200 kA;

• chiều dài của mặt sóng — khoảng thời gian tăng dòng sét đến giá trị cực đại của nó (thường là 1,5-2 μs).

Người ta quan sát thấy sét cầu ít thường xuyên hơn, đó là một quả cầu plasma phát sáng có đường kính lên tới nửa mét, di chuyển chậm dưới tác động của các luồng không khí trên bề mặt trái đất. Sét bóng xuyên qua các tòa nhà qua ống khói, cửa sổ, cửa ra vào.

Nếu quả bóng sét chạm vào một sinh vật sống, sẽ có thương tích gây tử vong, bỏng nặng xảy ra và khi tiếp xúc với các cấu trúc, vụ nổ và sự phá hủy cơ học của vật thể sẽ xảy ra. Bản chất của bóng sét vẫn chưa được hiểu rõ.

Tác động của sét đối với các tòa nhà và công trình

Sét đánh trực tiếp gây ra sự phân tách các giá đỡ, làm tan chảy các cấu trúc, đánh lửa và nổ, phá hủy cơ học, làm nóng các cấu trúc kim loại không thể chấp nhận được do sét xuyên qua chúng vào lòng đất. Theo dữ liệu vận hành, sét đánh xuyên qua tấm kim loại có độ dày 4 mm.

Cảm ứng tĩnh điện thể hiện ở việc tạo ra điện thế cao trên các cấu trúc và dây dẫn bằng kim loại cách điện, dẫn đến phá hủy mặt đất, do đó có thể gây điện giật cho người, đánh lửa và nổ hỗn hợp nổ, cũng như làm hỏng thiết bị. cách điện trong lắp đặt điện.

Cảm ứng điện từ thể hiện ở cảm ứng trong quá trình phóng điện trên các cấu trúc kim loại mở rộng và thông tin liên lạc (dầm, đường ray, đường ống, v.v.), được cách ly với nhau và với mặt đất, có thể gây ra tia lửa hoặc hồ quang.

Trong trường hợp phóng sét, điện thế cao cũng được tạo ra dọc theo các cấu trúc và thông tin liên lạc trên mặt đất bên ngoài.

Các tòa nhà và cơ sở, tùy thuộc vào mục đích và cường độ hoạt động của sét trong khu vực vị trí của chúng, phải được bảo vệ khỏi tác hại của sét hoặc các tác động thứ cấp do phóng điện sét.

Lãnh thổ từ Urals đến Krasnoyarsk và phía nam Krasnoyarsk, từ Krasnoyarsk đến Khabarovsk thuộc các khu vực có thời gian hoạt động giông bão trung bình từ 40 đến 60 giờ. Ở khu vực phía bắc Krasnoyarsk, từ Krasnoyarsk đến Nikolaevsk-on-Amur, thời gian hoạt động giông bão trung bình là từ 20 đến 40 giờ. Hoạt động giông bão gia tăng từ 60 đến 80 giờ mỗi năm được quan sát thấy ở các vùng Thượng Altai (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Chống sét của các tòa nhà và công trình phải được thực hiện theo các dự án được phát triển bởi các tổ chức chuyên ngành.

Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. Vùng phủ sóng của cột thu lôi

Hoạt động của các thiết bị chống sét nằm ở chỗ một cột thu lôi bằng kim loại cao chót vót trên nó được lắp đặt gần đối tượng được bảo vệ, được kết nối chắc chắn với mặt đất. Khi xảy ra hiện tượng phóng điện sét, dây dẫn lao xuống đất tiếp cận điểm tăng độ dẫn cao nhất (phần trên của cột thu lôi được nối đất đóng vai trò là điểm đó) và sự phóng điện xảy ra đối với cột thu lôi, bỏ qua vật thể được bảo vệ.

Vùng bảo vệ của cột thu lôi một cột có chiều cao h là một hình nón có chiều cao 0,92 h với đáy là hình tròn có bán kính 1,5 h (Hình 2).

Tất cả các cấu trúc phù hợp với hình nón sẽ được bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp với độ tin cậy ít nhất 95% (Vùng B).Bên trong hình nón có chiều cao 0,85 giờ và bán kính cơ sở là 1,1 giờ, độ tin cậy bảo vệ là 99,5%. (Khu A).

Cơm. 2. Vùng chống sét đơn cột. A — vùng bảo vệ với độ tin cậy 99,5%; B — vùng bảo vệ với độ tin cậy 95%; 1 — cột thu lôi; 2 — đối tượng được bảo vệ.

Nếu khu vực trang web lớn hơn khu vực được bảo vệ, cần phải tăng chiều cao của cột thu lôi hoặc lắp đặt nhiều cột thu lôi.

Bảo vệ chống tác động thứ cấp của sét

Biện pháp chính để chống lại sự xuất hiện của điện thế cao trong các tòa nhà hoặc công trình do cảm ứng tĩnh điện trong quá trình phóng điện vào khí quyển là nối đất tất cả các phần tử dẫn điện của tòa nhà.

Để loại bỏ ảnh hưởng cảm ứng điện từ trong các phần tử kim loại kéo dài (đường ống, kết cấu kim loại, v.v.), phần sau được kết nối chắc chắn với cầu kim loại.

Để loại bỏ việc truyền điện thế cao thông qua thông tin liên lạc trên không và dưới lòng đất, các đầu vào của mạng lưới điện, vô tuyến, tín hiệu và thông tin liên lạc được thực hiện bằng bộ hạn chế cáp và van (ví dụ: RVN-0.5) và các khe hở tia lửa, được kích hoạt khi tăng điện áp được cài đặt.