В чем сущность молниезащиты зданий и сооружений, ее задача? Какие известны наиболее опасные воздействия молнии на наземные объекты?

• Молниезащита зданий и сооружений - комплекс мер и средств, направленных на исключение влияния первичных проявлений молнии (ее прямой удар) и вторичных (занос высокого потенциала, электростатическая и электромагнитная индукция).

• Задача молниезащиты - уловить разряд молнии и отвести его в землю непосредственно раньше контакта с защищаемым зданием или сооружением.

• Известны следующие основные воздействия молнии на здания и сооружения: термические - нагрев, пожар, взрыв; динамические - разрушения и повреждения; электромагнитные и электростатические - искрообразования.

- Согласно требованиям какого документа состояние молниезащиты подвергается периодической проверке? От чего зависит работоспособность молниезащиты?

• Проверка состояния молниезащиты осуществляется на основании п. 1.14 РД 34.21.122-87 “Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений”, где указано, что для зданий и сооружений I и II категории молниезащиты проверка состояния осуществляется раз в год перед началом грозового сезона. Для зданий и сооружений III категории молниезащиты проверка осуществляется не реже раза в год.

• Работоспособность молниезащиты зависит от таких факторов, как правильность выполнения ее монтажа, наличие элементов молниезащиты, предназначенных для принятия электрического канала молнии, отвода и распределения тока молнии в земле, соответствие параметров элементов молниезащиты требованиям нормативных документов (высота, сечение, сопротивление устройств заземления).

— В какие элементы здания чаще всего попадает молния? Каким образом зданию или сооружению можно обеспечить максимальную защиту от воздействия на него грозовых проявлений?

• Молния поражают чаще всего наиболее высокие и остроконечные элементы архитектурно-строительной части здания. Местами удара молнии являются кровли, кровельные надстройки, углы зданий, антенны, трубы.

• Устройство молниезащиты для каждого здания и сооружения индивидуально и состоит из внешней молниезащиты - молниеотводов - и внутренней молниезащиты (ограничителей перенапряжений, разрядников, системы уравнивания потенциалов). Молниезащита, выполненная в соответствии с требованиями действующих нормативных документов, является гарантом обеспечения надежной защиты зданий и сооружений при воздействии на них грозовых проявлений.

- При ударах молнии в линию передачи электрической энергии (ЛЭП) на расстоянии до 1 км от здания перегорают пробковые выключатели. Каким образом при ударе молнии может выйти из строя электрооборудование?

• В случае приема удара молнии в ЛЭП освобождается величина энергии электрического разряда, которая наводит импульс перенапряжений в несколько десятков кВт. При этом ток молнии, значение которого достигает от 1 до 10 кА, распространяется в обе стороны от места удара молнии и стремится наиболее простым путем попасть в землю. По мере приближения тока молнии по проводам к зданию его величина снижается, однако по-прежнему остается достаточной для того, чтобы вывести электрооборудование из строя. Поскольку пробковые выключатели не рассчитаны на ток молнии, они перегорают. Включенное в электрическую сеть электрооборудование выходит из строя за время перегорания пробковых выключателей, так как величина тока молнии в сотни раз больше, и он успевает нагреть токопроводящие элементы оборудования за доли секунды.

- Обеспечит ли молниеприемник высотой до 3 м, установленный на печной трубе и связанный проволокой с забитым в землю стальным уголком, молниезащиту здания? В каком документе можно посмотреть, как правильно делать молниезащиту жилого дома?

• Во-первых, высота молниеприемника определяется расчетным методом, исходя из таких условий как размеры (высота, ширина, длина) здания.

• Во-вторых, при достаточной (требуемой) высоте молниеприемника, установленного на здании, необходимо соблюсти целый комплекс требований к размерам и материалу молниеприемника, токоотвода и устройства заземления. Особое внимание следует уделить надежности контактных соединений между молниеприемником, токоотводом и устройством заземления. Все необходимые требования по устройству молниезащиты, в том числе для жилого дома, можно найти в РД 23.21.122-87 “Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений”, СТБ П IEC 62305-3-2006/2010 “Защита от атмосферного электричества. Физические повреждения зданий, сооружений и опасность для жизни”.

• Самостоятельное устройство молниезащиты не может обеспечить гарантии безопасности для жизни людей и сохранности материальных ценностей при прямом ударе молнии.

- Какие виды молниеприемников можно использовать для промышленного здания, в котором после реконструкции устроена кровля из металлического профнастила?

• РД 23.21.122-87 “Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений” указывает, что для зданий и сооружений с металлической кровлей в качестве молниеприемника может быть использована сама кровля. При этом все выступающие неметаллические элементы кровли (надстройки), должны быть обеспечены отдельными молниеприемниками, присоединенными к металлу кровли.

• В требованиях раздела 5.2.5 СТБ П IEC 62305-3-2006/2010 указана допустимая толщина металлических листов, рекомендованных для использования в качестве молниеприемника.

- Почему для устранения угрозы выхода из строя оборудования при близком ударе молнии необходимо устанавливать несколько ограничителей перенапряжения?

• Необходимость использования нескольких ограничителей перенапряжения обусловлена концепцией “Зоновой” защиты от импульсного перенапряжения, изложенной в том числе в действующем на территории республики стандарте СТБ П IEC 62305-4-2006/2010 “Защита от атмосферного электричества. Электрические и электронные системы внутри зданий и сооружений”. Концепция предписывает устанавливать ограничители перенапряжений во вводных и поэтажных распределительных устройствах, слаботочных сетях и даже розетках для сглаживанием грозовых импульсов перенапряжений. Установка ограничителей перенапряжений определяется допустимыми значениями силы тока и напряжения конкретно для каждой группы электрооборудования: чем оборудование более чувствительно к перенапряжениям, тем больше зон защиты оно должна иметь.

- Посоветуйте, как обеспечить молниезащиту частного дома с газовым отопительным котлом?

• В домах с газовыми котлами продукты сгорания попадают в общую на стояк дымовую трубу. Над дымовой трубой эти продукты могут образовывать некоторую зону, в которой будет находиться несгоревший природный газ. При этом продукты сгорания будут создавать ионизацию воздуха вокруг дымовой трубы, что обеспечит “притяжение” молнии и, следовательно, требует защиты дымовой трубы от прямого удара молнии. Молниезащита для частных домов обеспечивается по одному из упрощенных способов, изложенных в п. 2.30 РД 34.21.122-87, что снижает вероятность поражения молнией здания до нормативного минимума. При этом отдельным молниеприемником защищается пространство над обрезом дымовой трубы.

- Приведите, пожалуйста, краткий перечень наиболее распространенных проблем, связанных с защищенностью существующих сооружений, проектированием и реализацией молниезащиты зданий.

К таким проблемам относятся:

• увеличение площади, этажности и изменения в архитектурной части застройки;

• развитие индивидуального строительства;

• отсутствие молниезащиты кровельных надстроек;

• применение различных систем на микроэлектронной базе, чувствительной к перенапряжениям, а также отсутствие практики использования ограничителей перенапряжения в качестве защиты от грозовых перенапряжений в электрических сетях.

- Возможен ли занос высокого потенциала при близком ударе молнии через выключенный из розетки телевизионный кабель?

• На первый взгляд такая ситуация считается одной из наиболее безопасных: телевизионный кабель отсоединен, следовательно, электрическая сеть разомкнута. Тем не менее, теоретически занос потенциала возможен. В данном случае тучу можно рассмотреть в качестве конденсатора, обкладками которого являются антенна снаружи здания с одной стороны, а с другой - телевизионный кабель и токопроводящий элемент - низкоомная электрическая цепь (например, водопровод, батарея охлаждения). Может произойти пробой между обкладками конденсатора, и разряд молнии проникнет внутрь здания. Опасность такого проникновения в первую очередь угрожает находящимся в доме людям, которые могут попасть под высокое напряжение, возникающее на батарее отопления и связанном с ней водопроводе.

- Нормируются ли расстояния от отдельно стоящих молниеотводов до сельскохозяйственных зданий и сооружений?

• Нормируются. Согласно п. 2.27 РД 34.21.122-87 при защите строений для крупного рогатого скота и конюшен отдельно стоящие молниеотводы и их устройства заземления следует располагать не ближе чем 5 м от входа в строение.

- Каким образом следует укладывать молниеприемную сетку на кровле здания?

• В соответствии с РД 34.21.122-87 (п. 2.11) допускается в качестве приемника молнии использовать молниеприемную сетку. Она должна быть выполнена из стальной проволоки и уложена на кровлю сверху, под несгораемый или трудносгораемые утеплитель или гидроизоляцию. Молниеприемная сетка крепится на металлические стержни (петли), основанием которых являются отливки из бетона, приклеиваемые мастикой к кровле. Для варианта с мягкой кровлей молниеприемную сетку можно уложить под несгораемый утеплитель или гидроизоляцию без крепления. В таком случае в проекте необходимо указать, что утепление кровли следует выполнять только после устройства молниеприемной сетки.

- Требуется ли молниезащита склада пропана?

• При определении необходимости устройства молниезащиты склада пропана следует определить - помещение это или наружная установка, отнести помещение или наружную установку к классу зоны по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), определить степень огнестойкости здания. Согласно ПУЭ склад хранения пропана относится к взрывоопасному классу зоны: В-Iа - если это помещение, В-Iг - если наружная установка.

Примечания:

- класс зоны В-Iа - зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей (п. 7.3.41 ПУЭ);

- класс зоны В-Iг - пространства у наружных установок: технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ надземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры), эстакад для слива и налива ЛВЖ, открытых нефтеловушек, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой (п. 7.3.43 ПУЭ).

Необходимость устройства молниезащиты для помещения будет определяться согласно п. 2 таблицы 1 РД 34.21.122-87 на основании неравенств:

- при N ≤ 1 - зона Б, категория молниезащиты II;

- при N > 1 - зона А, категория молниезащиты II.

Если склад пропана - это наружная установка, то, согласно п. 3 таблицы 1 РД 34.21.122-87, его также требуется обеспечивать молниезащитой II категории с типом зоны защиты молниеотвода Б.

24. Защита от статического электричества.

Считается, что статическое электричество большой угрозы для человека не представляет. Вместе с тем накопленное человеком статическое электричество может сказаться на его здоровье. Кроме того, из-за электростатических разрядов происходят аварии, нередко приводящие к человеческим жертвам.

Например, в промышленности Японии в 39-ти зарегистрированных случаях из 100, проявление статического электричества вызвало взрывы или пожары, в 38-ми – жалобы персонала на неудобства в работе из-за возникающих разрядов, в 23-х – технологические помехи. Аналогичные ситуации имеют место и в других странах.

Так что же такое статическое электричество и как от него можно защититься?

Статическое электричество – это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Статическое электричество образуется при соприкосновении и разделении двух диэлектриков или диэлектриков и металла, движении жидкости в потоке и ее разбрызгивании, соприкосновении твердого тела и жидкости, трении твердых тел, в струе пара или газа. Если тело является проводником электрического тока и оно заземлено, то заряды, образующиеся на поверхности тела, легко стекают в землю. Следует отметить, что на диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время.

Электризация в потоке жидкости определяется электрохимическим механизмом и обусловлена переходом ионов одного знака из раствора на поверхность твердого тела.

Механизм возникновения электростатического поля в твердых телах (проводниках и диэлектриках) является наиболее сложным. При трении двух материалов вначале происходит поляризация молекул, а затем их ориентация с образованием двойного электрического поля.

Нежелательные последствия статического электричества проявляются в виде электрических разрядов, которые часто являются причиной взрывов и пожаров.

В случае разности потенциалов в 300 В искровой разряд может воспламенить почти все горючие газы. Если же разность потенциалов достигнет 5000 В, то разряд воспламеняет и горючую пыль (большую часть ее составов). Между тем, при движении приводного ремня со скоростью 15 м/с разряд может достичь величины 80 кВ, ленты транспортера – до 45 кВ, бензина (по стальным трубам) – до 3,6 кВ, автомобиля (по бетонной дороге) – до   3 кВ соответственно. Разряд может возникнуть из-за скольжения колес и ударов частиц песка и гравия о металлические части кузова. Потенциал человека, изолированного от земли, из-за накопления статического электричества может достигать 7 кВ.

Постоянное воздействие электростатического поля на организм человека вызывает ухудшение его самочувствия, в частности, функциональные нарушения деятельности сердечно-сосудистой и центральной нервной систем. Заряды статического электричества могут скапливаться на человеке, если он носит одежду и белье из синтетических тканей, а также при выполнении технологических операций с диэлектрическими материалами путем контактной электризации.

По степени электростатической искроопасности объекты подразделяются на три класса (ЭСИБ): безискровой электризации (Э1),слабой электризации (Э2) и сильной электризации (Э3). Поэтому меры по обеспечению электростатической искробезопасности объекта выбирают в зависимости от указанных классов (ГОСТ 12.1.018–93).

При отсутствии возможности возникновения статического электричества (например, объект заземлен и в нем исключено применение веществ и материалов с удельным электрическим сопротивлением более 10⁴ Ом·м) объект относится к классу Э1. К классу Э2 относятся объекты при наличии в них веществ и материалов с удельным сопротивлением более 10⁸ Ом·м (т. е. возможно возникновение разрядов статического электричества, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10^-4 Дж). При возможности разрядов статического электричества с линейной плотностью энергии, не превышающей 40 % от минимальной плотности энергии зажигания, способных зажечь среду с минимальной энергией зажигания более 10^-1 Дж (например, когда возможны скользящие разряды по поверхности диэлектриков или их пробой), объекты относятся к классу Э3.

Согласно требованиям ПУЭ необходимо предусматривать защитные меры для снятия статических зарядов с оборудования в пожароопасных зонах любого класса.

Возможность накопления статического электричества определяется интенсивностью возникновения зарядов и условиями их стекания. Интенсивность возникновения зарядов в технологическом оборудовании обуславливается физико-химическими свойствами перерабатываемых или перемещаемых веществ и материалов, материалов из которых изготовлено оборудование, а также параметрами технологического процесса. Процесс стекания зарядов статического электричества определяется электрическими свойствами перерабатываемых (перемещаемых) веществ, окружающей среды и материалов, из которых изготовлено оборудование.

В отношении ограничения накопления зарядов статистического электричества проводимость изделий и оборудования считается достаточной, если их удельное электрическое сопротивление не превышает 10⁷ Ом·м.

Для предупреждения возникновения сильных искровых разрядов с поверхности оборудования, перерабатываемых (перемещаемых) веществ, а также с тела человека необходимо предусматривать меры, обеспечивающие стекание образующихся зарядов. К этим мерам относятся:

· заземление оборудования и коммуникаций, а также обеспечение постоянного электрического контакта тела человека с заземлением;

· нейтрализация зарядов (использование радиоизотопных, индукционных и других нейтрализаторов);

· отвод зарядов, достигаемый уменьшением удельных объемных и поверхностных электрических сопротивлений;

· тщательная очистка горючих газов от взвешенных твердых и жидких частиц, а жидкостей – от загрязнения нерастворимыми твердыми и жидкими примесями;

· ограничение скорости движения материалов в аппаратах и магистралях до значений, предусмотренных проектом;

· применение закрытых систем, находящихся под избыточным давлением, или использование инертного газа для заполнения аппаратов с легковоспламеняющимися жидкостями;

·  использование пневмотранспорта для перемещения горючих мелкодисперсных и сыпучих материалов, а также продувки оборудования;

· изготовление технологического оборудования для взрывоопасных производств из материалов, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление не более 10⁴ Ом·м.

Заряды возникают при транспортировании сыпучих неэлектропроводящих материалов по трубам, каналам и лоткам. Эти заряды снимаются в том случае, если движущиеся материалы постоянно соприкасаются с заземленными частями установки. Для этого на дне каналов и лотков, по которым перемещается сыпучий неэлектропроводящий материал, монтируют металлические штыри. Высоту штырей принимают равной высоте стенок лотка, которые заземляют.

Для отвода статического электричества, накапливающегося на работнике при чистке оборудования, его промывке и других ручных операциях, устраивают полы с повышенной электропроводностью, заземляют рабочие площадки, применяют токопроводящую специальную обувь с подошвой из кожи, токопроводящей резины или с токопроводящими заклепками. Во время работы во взрывоопасных зонах не допускается носить одежду из синтетических тканей, способных к электризации. Во избежание аккумуляции электрических зарядов носить кольца и браслеты также не разрешается.

Обувь считается электропроводящей при удельном электрическом сопротивлении между электродом внутри обуви (подпятником) и наружным электродом (подошвой) меньшей, чем 10⁸ Ом м. Пол становится электропроводящим, когда удельное электрическое сопротивление утечки между электродом, установленным на полу, и землей составляет величину, которая меньше 10⁴ Ом м.

Работающим с электризующимися материалами на электризующемся оборудовании, а также на электризующихся полах следует периодически прикасаться к заземленным частям (участкам) оборудования и металлическим предметам.

Одним из способов борьбы со статическим электричеством является заземление аппаратов, машин, емкостей, трубопроводов. При наличии заземления образующиеся заряды статического электричества отводятся в землю и не накапливаются до такой величины, при которой возможно возникновение искр. Оборудование считают электростатически заземленным, если его сопротивление в любой точке относительно контура не превышает 10⁶ Ом при самых неблагоприятных условиях. Стационарные механизмы и наземные резервуары заземляют металлическими стержнями, обеспечивающими сопротивление растеканию тока в землю не более 100 Ом, или соединяют с заземляющими контурами электрооборудования.

Особенно тщательно следует заземлять те аппараты, машины или трубопроводы, на которых возможно быстрое возникновение высоких потенциалов и в которых имеются взрыво- и пожароопасные среды (например, мельницы, пневмосушилки, транспортеры и др.).

Для того, чтобы система заземления не прерывалась во взрывоопасных производствах все технологическое и транспортное оборудование следует выполнять только из электропроводящих материалов. Матерчатые рукава пылеочистных фильтров необходимо прошивать медным тросом и соединять его с заземляющей системой. При этом фильтры должны быть установлены вне цеха или в его изолированной части, где нет постоянных рабочих мест.

В пожаро- и взрывоопасных помещениях, как правило, не разрешается применять ременные передачи. Их использование допускается только тогда, когда все части установки выполнены из электропроводящих материалов, а шкивы и все металлические предметы, находящиеся вблизи ремня, тщательно заземлены. Если же ременные передачи изготовлены из материала, не обладающего достаточной электропроводностью, то помимо заземления установки необходимо обеспечить поверхностную проводимость ременных передач, используя для этого специальные электропроводящие покрытия. Для кожаных и резиновых ремней в качестве такого покрытия рекомендуется использовать смазку, состоящую из 100 частей глицерина и 40 частей сажи (по массе). Во время остановки машины (обычно один раз в неделю) смесь наносят на наружную поверхность ремня щеткой. Ремни следует содержать в чистоте, не допускать попадания на них грязи, масла, воды и прочих веществ, которые могут изменить электропроводность покрытия. Ограждения ременных передач следует содержать в исправном состоянии и устанавливать на расстоянии не менее 20 см от ремней.

Если используются аппараты с эмалированными или другими диэлектрическими поверхностями либо на внутренних стенках металлических аппаратов образуются отложения из непроводящих электричество веществ (пленки из смолы, осадки спрессованного порошка и т. д.), то необходимо все токопроводящие части заземлить, а также использовать другие средства защиты (в зависимости от условий технологического процесса). Кроме того, следует тщательно очищать внутренние стенки оборудования от накопившихся отложений. Периодичность очистки внутренних стенок аппаратов от отложений диэлектрических веществ следует устанавливать, исходя из условий производства. Сроки чистки различных аппаратов должны быть записаны в инструкции по технике безопасности.

Если позволяет технология, то к перерабатываемым (транспортируемым) диэлектрикам следует добавлять повышающие их электропроводимость, так называемые антистатические добавки (например, сажу, графит).

Иногда для борьбы со статическим электричеством в опасных местах увеличивают относительную влажность воздуха до 70 % или увлажняют поверхность обрабатываемого вещества, что также способствует стеканию электрических зарядов. Для увлажнения воздуха применяют разбрызгивающие устройства или развешивают в опасных местах влажные суконные полотна. Влажность воздуха необходимо всегда контролировать.

При заполнении резервуара горючей жидкостью ее струю надо направлять вдоль стенки. Если это не вызывает затруднений, то расстояние от конца заливочного шланга до дна емкости должно находиться в пределах 200 мм и менее. При этом не допускается быстрое перемешивание жидкости или ее распыление. Уменьшение числа электростатических зарядов их величин можно осуществлять также путем уменьшения скорости струи до 1 м/с.

Нейтрализация зарядов статического электричества достигается ионизацией воздуха в местах их возникновения. Чаще всего для этого применяют радиоизотопные и индукционные нейтрализаторы.

Радиоизотопные нейтрализаторы представляют собой плоские или круглые металлические пластинки, одна сторона которых покрыта радиоактивным изотопом, нейтрализующим электрический заряд. Радиоактивные нейтрализаторы просты по конструкции, не требуют источников питания, взрывобезопасны и не ухудшают условий труда. Областью применения этих нейтрализаторов являются взрывоопасные помещения. При этом расстояние от ионизатора до конвейера с готовыми изделиями должно составлять 15…30 мм.

Индукционные нейтрализаторы просты и дешевы в изготовлении и состоят из закрепленных на основании заземленных игл, вокруг которых под воздействием электрического поля появляется ударная ионизация воздуха, уменьшающая плотность заряда статического электричества на материале.

Для обнаружения электростатических зарядов могут использоваться различные сигнализаторы (звуковые, световые).