Защита от статического и атмосферного электричества

 

В условиях сельскохозяйственного производства определенную опасность представляет статическое электричество (совокупность свободных электрических зарядов определенного знака, возникающих при трении разнородных материалов). Способность материалов накапливать заряды зависит от их электропроводности (1/ R) и от удельного сопротивления материала (Ом м).

При хорошей электропроводимости материалов, контактирующих между собой, накапливаемые электрические заряды достаточно быстро стекают в землю и поверхности этих материалов обычно находятся под неопасным остаточным потенциалом. При трении диэлектрических материалов (материалов с большим удельным сопротивлением) накопление зарядов идет с большей интенсивностью, и потенциал таких поверхностей может превышать десятки тысяч вольт (от 2 – 3 до 80 – 90 кВ).

Электростатическое поле высокой напряженности оказывает вредное воздействие на живой организм (вызывает функциональные изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой и других систем организма). Искровые разряды статического электричества в условиях взрывоопасных производств, в технологических процессах, связанных с использованием легковоспламеняющихся и горючих газов, жидкостей и других подобных материалов, могут вызвать взрывы и пожары.

В производственных условиях накопление зарядов статического электричества происходит на корпусах оборудования, например, во время работы ременных передач, при движении прорезиненной ленты транспортера, при дроблении зерна и измельчении соломы, при движении автомобиля относительно воздушной среды. Аналогичные процессы происходят при движении жидкостей (бензина) по стальным трубам; при движении молока по молокопроводу, выполненному из органических материалов; при движении вентиляционного воздуха по воздуховодам и т.д.

Накопление зарядов статического электричества происходит на людях и животных. Однако опасность его воздействия невелика (токи, протекающие через тело человека и животного, безопасные, не превышают 0,01 – 1,0 мкА).

Основными способами защиты от опасности статического электричества

являются:

а) обязательное заземление корпусов технологического оборудования, трубопроводов и емкостей с легковоспламеняющимися и горючими веществами;

б) уменьшение генерации зарядов статического электричества на основе правильного подбора конструкционных материалов (из слабо электризуемых);

в) повышение относительной влажности воздуха в помещении до 75 – 80%;

г) добавление антистатических примесей к основному продукту в любом его агрегатном состоянии;

д) нанесение специальных антистатических составов на рабочие поверхности технологического оборудования;

е) введение добавок из материалов с хорошей электропроводностью (алюминиевая пудра, графит и др.) в состав изделий из диэлектрических материалов;

ж) использование специальных приемов работы (например, при сливе горючих жидкостей нельзя допускать разбрызгивания струи и её падение с высоты, поэтому сливной рукав опускают до дна; нефтепродукты и другие диэлектрические жидкости перевозят в специальных автомобилях с токопроводящей резиной на колесах или используют металлические цепи, контактирующие с землей).

Атмосферное электричество образуется при движении мощных воздушных потоков в результате электростатической электризации грозовых облаков. При этом одновременно с образованием зарядов в грозовых облаках идет процесс их накопления и разделения по знаку.

Разряды атмосферного электричества на землю представляют значительную опасность для людей, животных, зданий, сооружений, поскольку они, как правило, сопровождаются взрывами, пожарами и значительными разрушениями.

Такие разряды проявляют свое воздействие в виде прямого удара молнии, в виде электростатической и электромагнитной индукции (наведение высоких потенциалов в ЛЭП и вывод их из строя) и в виде заноса высоких потенциалов через металлические конструкции и коммуникации. Наиболее опасным является прямой удар молнии (линейная молния), при котором за очень короткий промежуток времени (около 0,1 с.) по каналу разряда проходит ток порядка 200 – 500 кА, разогревая воздух в канале молнии до температуры порядка

30 000 град.С. При таком разогреве воздух мгновенно расширяется в виде ударной волны (звуковую составляющую ударной волны мы слышим «гром гремит»).

По одному и тому же каналу может происходить несколько (до 20 – 30) разрядов молнии (многократная молния), общая длительность которой составляет не более 1 с.

Иногда вместе с линейной молнией появляется и шаровая молния (недалеко от места удара линейной молнии), движущаяся горизонтально со скоростью 3 – 5 м/с в виде огненного шара диаметром 10 – 20 см красного, оранжевого, желтого или белого цвета. Шаровая молния способна огибать препятствия, менять траекторию движения, но в месте своего замыкания на землю она взрывается, производя разрушения и возгорание объектов, если они оказались в зоне ее исчезновения.

Система защитных мероприятий и технических средств, предназначенных для обеспечения защиты людей, животных, зданий, сооружений от разрядов атмосферного электричества называется молниезащитой.

Все здания и сооружения в зависимости от степени опасности поражения

разрядами атмосферного электричества подразделяются на три категории.

Молниезащита объектов категории 1 применяется для промышленных зданий со взрывоопасными зонами В-1 и В-2 (помещения, содержащие горючие газы, пары и пыль, способные образовывать с воздухом и другими окислителями взрывоопасные смеси).

Молниезащита объектов категории П применяется для защиты производственных объектов, в которых при нормальном режиме работы никакие взрывоопасные смеси не образуются (склады минеральных удобрений, склады ГСМ с бензином или с тракторным керосином, цеха и заводы по производству травяной муки, гранул и брикетов, мельниц аммиачные холодильники).

Молниезащита объектов категории Ш организуется для всех остальных общественных и производственных зданий, если они соответствуют по пожароопасности помещениям классов П-1 и П2, П – 11а и П – 111 в районах со средней грозовой деятельностью 20 ч в год и более (склады, животноводческие и птицеводческие помещения из сгораемых и трудносгораемых материалов.

Для защиты от разрядов атмосферного электричества устраивают молниеотводы. Конструктивно они представляют собой заземленное металлическое сооружение, воспринимающее удар молнии и отводящее ее ток в землю. Молниеотводы бывают стержневые (одиночные, с двумя стержнями – двойные) и тросовые.

Каждый молниеотвод характеризуется зоной защиты – частью пространства, которая с определенной степенью надежности защищена от ударов молнии. Различают две степени надежности зон защиты: зона А, обладающая степенью надежности 99,5 %, и зона Б со степенью надежности выше 95%, которые выбираются в зависимости от величины грозовой активности рассматриваемого региона (количество поражений молнией зданий и сооружений в год – N). Если величина N равна или больше 1, то выбирают зону А. При N меньше 1 - выбирают зону защиты Б.

На рис.16 представлена конфигурация зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода.

 

 

 

Рис.16. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода.

 

Как видно из рис.16 зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой конус высотой hо с радиусом основания на земле rо= 1,5 h. Радиус зоны защиты rx объекта высотой hx можно найти из выражения h = (rх + 1,63 hx) /1,5, или на основании графического построения.

Параметры зон защиты такого молниеотвода могут быть определены:

для зоны А hо = 0,85 h; rо = 1,1 h - 0,002 (hh),

rx =(1,1 - 0,002 h) (h – hx / 0,85);

для зоны Б

hо = 0, 92 h, rо = 1 5 h, rх = 1 5 (h – h х / 0, 92).

 

Для других разновидностей молниеотводов формулы для определения их параметров даны в (Л. 17).