การป้องกันฟ้าผ่าของอาคารและสิ่งอำนวยความสะดวก

การปล่อยฟ้าผ่าจากไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศอาจทำให้ฉนวนเสียหาย อุบัติเหตุในการติดตั้งไฟฟ้า อุบัติเหตุกับผู้คน และการทำลายอาคารและโครงสร้าง

ลักษณะของฟ้าผ่า

เมื่อดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้น กระแสอากาศที่สูงขึ้นซึ่งอิ่มตัวไปด้วยไอน้ำจะเกิดขึ้น อนุภาคน้ำที่เล็กกว่ามีประจุลบ อนุภาคที่ใหญ่กว่ามีประจุบวก

ภายใต้อิทธิพลของลมและแรงโน้มถ่วง เกิดการแยกตัวของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกัน อนุภาคน้ำในก้อนเมฆที่สูงกว่า 5 กม. จะแข็งตัวและยุบตัว คริสตัลที่มีประจุบวกตั้งอยู่ที่ส่วนบนของเมฆที่ความสูง 5-7 กม. ประจุลบ - ที่ความสูง 2-5 กม. อันเป็นผลมาจากการแยกตัวของประจุในเมฆจึงก่อตัวขึ้น ประจุอวกาศและส่วนต่าง ๆ ของฟ้าร้องมีค่าประจุและเครื่องหมายต่างกัน ประจุจากด้านล่างของก้อนเมฆทำให้เกิดประจุของเครื่องหมายตรงข้ามที่พื้น

ระหว่างเมฆกับพื้นดิน ตลอดจนระหว่างส่วนต่าง ๆ ของเมฆหรือระหว่างเมฆต่าง ๆ จะเกิดสนามที่มีความเข้มสูงหลายหมื่นโวลต์ต่อเซนติเมตร ที่ความแรงของสนามประมาณ 30 kV / cm จะเกิดไอออไนซ์ของอากาศ การพัฒนาเริ่มต้นขึ้น - การปลดปล่อยผู้นำที่เรียกว่า (ช่องทางเรืองแสงสลัวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10–20 ม.) เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ย 200– 300 กม. / วินาที

ภายใต้การกระทำของสนาม ประจุไฟฟ้าบนพื้นดิน — ในพื้นที่ที่มีค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น (ในที่เปียกชื้น ชั้นนำไฟฟ้า ฯลฯ) หรือกับวัตถุสูง (เนินเขา ปล่องไฟ อ่างเก็บน้ำ เสา สายไฟ ต้นไม้ อาคารอิสระบน ที่ราบ ฯลฯ .) — ​​เคลื่อนไปทางคนขับ

ตัวนำจะถูกส่งตรงไปยังวัตถุซึ่งสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าของสนามไฟฟ้าที่มากที่สุด จากนั้นจึงเกิดการคายประจุที่ทรงพลัง ซึ่งแพร่กระจายด้วยความเร็วเทียบเท่ากับความเร็วของแสง (รูปที่ 1) นอกจากนี้ในเวลาน้อยกว่าหนึ่งหมื่นในหนึ่งวินาทีกระแสที่ไหลผ่านโครงสร้างที่ได้รับผลกระทบมีกระแสไฟฟ้าถึงหลายแสนแอมแปร์ภายใต้อิทธิพลของพลาสมาที่มีความร้อนสูงถึงหลายหมื่นองศาและเริ่มส่องแสง

เอฟเฟกต์แสงของการดีดออกนั้นถูกมองว่าเป็นฟ้าแลบ และการขยายตัวของอากาศที่ระเบิดในช่องไอเสียทำให้เกิดเอฟเฟกต์เสียง - ฟ้าร้อง

ข้าว. 1. แผนผังของกระบวนการสร้างกระแสไฟฟ้าของเมฆฝนฟ้าคะนองและการพัฒนาการปล่อยฟ้าผ่าไปยังวัตถุภาคพื้นดิน

การวัดแสดงให้เห็นว่าประมาณ 3/4 ของการปล่อยประจุลบมาจากส่วนที่มีประจุลบของก้อนเมฆ และ 1/4 ของประจุลบมาจากส่วนที่มีประจุบวก หลังจากครั้งแรก อาจมีของเหลวไหลออกมาติดต่อกันหลายครั้ง

การปล่อยสายฟ้ามีลักษณะตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• แอมพลิจูดของกระแส — กระแสที่สังเกตได้บ่อยที่สุดคือ 10–30 kA ใน 5–6% ของการวัด กระแสถึง 100–200 kA;

• ความยาวของหน้าคลื่น — ระยะเวลาของการเพิ่มขึ้นของกระแสฟ้าผ่าจนถึงค่าสูงสุด (ปกติคือ 1.5-2 μs)

บ่อยครั้งที่มีการสังเกตเห็นลูกบอลสายฟ้าซึ่งเป็นลูกบอลพลาสมาเรืองแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกินครึ่งเมตรซึ่งเคลื่อนที่ช้าๆภายใต้อิทธิพลของกระแสอากาศบนพื้นผิวโลก ลูกบอลสายฟ้าทะลุทะลวงอาคารผ่านปล่องไฟ หน้าต่าง ประตู

หากบอลสายฟ้าสัมผัสกับสิ่งมีชีวิต จะเกิดการบาดเจ็บร้ายแรง แผลไหม้อย่างรุนแรง และเมื่อสัมผัสกับโครงสร้าง การระเบิดและการทำลายเชิงกลของวัตถุจะเกิดขึ้น ธรรมชาติของบอลสายฟ้ายังไม่เข้าใจดีนัก

ผลกระทบของฟ้าผ่าต่ออาคารและโครงสร้าง

ฟ้าผ่าโดยตรงทำให้เกิดการแยกส่วนรองรับ การหลอมละลายของโครงสร้าง การจุดระเบิดและการระเบิด การทำลายทางกล ความร้อนที่ยอมรับไม่ได้ของโครงสร้างโลหะจากฟ้าผ่าที่ผ่านลงมาที่พื้น จากข้อมูลการปฏิบัติงาน ฟ้าผ่าจะเผาผ่านแผ่นโลหะที่มีความหนา 4 มม.

การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตแสดงออกในการสร้างศักยภาพสูงบนโครงสร้างโลหะและสายไฟที่เป็นฉนวน ซึ่งนำไปสู่การทำลายพื้นดิน ซึ่งอาจทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตต่อผู้คน การจุดระเบิดและการระเบิดของสารผสมที่ระเบิดได้ ตลอดจนความเสียหายต่อ ฉนวนในการติดตั้งระบบไฟฟ้า .

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงออกมาในลักษณะของการเหนี่ยวนำระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้าบนโครงสร้างโลหะที่ขยายตัวและการสื่อสาร (คาน ราง ท่อ ฯลฯ) โดยแยกออกจากกันและจากพื้นดิน ซึ่งสามารถทำให้เกิดประกายไฟหรือส่วนโค้งได้

ในกรณีที่มีการปล่อยฟ้าผ่า ศักย์ไฟฟ้าสูงจะถูกนำไปใช้ตามโครงสร้างกราวด์ภายนอกและการสื่อสารด้วย

อาคารและสิ่งอำนวยความสะดวกขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์และความรุนแรงของกิจกรรมฟ้าผ่าในพื้นที่ที่ตั้งของพวกเขาต้องได้รับการปกป้องจากความเสียหายจากฟ้าผ่าหรือผลกระทบรองที่เกิดจากการปล่อยฟ้าผ่า

อาณาเขตจากเทือกเขาอูราลถึงครัสโนยาสค์และทางใต้ของครัสโนยาสค์จากครัสโนยาสค์ถึงคาบารอฟสค์เป็นพื้นที่ที่มีพายุฝนฟ้าคะนองเฉลี่ย 40 ถึง 60 ชั่วโมง ในพื้นที่ทางเหนือของ Krasnoyarsk จาก Krasnoyarsk ถึง Nikolaevsk-on-Amur ระยะเวลาเฉลี่ยของกิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนองอยู่ที่ 20 ถึง 40 ชั่วโมง มีกิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนองเพิ่มขึ้นจาก 60 เป็น 80 ชั่วโมงต่อปีในพื้นที่ของ Upper Altai (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk) การป้องกันฟ้าผ่าของอาคารและโครงสร้างจะต้องดำเนินการตามโครงการที่พัฒนาโดยองค์กรพิเศษ

ป้องกันฟ้าผ่าโดยตรง พื้นที่ครอบคลุมสายล่อฟ้า

การทำงานของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าประกอบด้วยความจริงที่ว่ามีการติดตั้งสายล่อฟ้าโลหะที่ตั้งตระหง่านอยู่เหนือวัตถุที่มีการป้องกันซึ่งเชื่อมต่อกับพื้นได้อย่างน่าเชื่อถือ เมื่อเกิดการปล่อยฟ้าผ่า ตัวนำที่พุ่งลงสู่พื้นจะเข้าใกล้จุดสูงสุดของค่าการนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น (ส่วนบนของสายล่อฟ้าที่ต่อลงดินทำหน้าที่เป็นจุดดังกล่าว) และการปลดปล่อยจะเกิดขึ้นกับสายล่อฟ้าโดยผ่านวัตถุที่ได้รับการป้องกัน

เขตป้องกันของสายล่อฟ้าแบบแท่งเดี่ยวที่มีความสูง ชั่วโมง คือกรวยที่มีความสูง 0.92 ชั่วโมง โดยมีฐานเป็นรูปวงกลมที่มีรัศมี 1.5 ชั่วโมง (รูปที่ 2)

โครงสร้างทั้งหมดที่พอดีกับกรวยจะได้รับการปกป้องจากฟ้าผ่าโดยตรงด้วยความน่าเชื่อถืออย่างน้อย 95% (โซน B)ภายในกรวยที่มีความสูง 0.85 ชั่วโมงและรัศมีฐาน 1.1 ชั่วโมง ความน่าเชื่อถือในการป้องกันคือ 99.5% (โซนเอ).

ข้าว. 2. โซนป้องกันฟ้าผ่าแบบแท่งเดียว A — เขตป้องกันที่มีความน่าเชื่อถือ 99.5% B — เขตป้องกันที่มีความน่าเชื่อถือ 95% 1 — สายล่อฟ้า; 2 — วัตถุที่ได้รับการป้องกัน

หากพื้นที่ไซต์มีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ป้องกัน จำเป็นต้องเพิ่มความสูงของสายล่อฟ้าหรือติดตั้งสายล่อฟ้าหลายสาย

การป้องกันผลกระทบรองจากฟ้าผ่า

มาตรการหลักในการต่อสู้กับการเกิดขึ้นของศักยภาพสูงในอาคารหรือโครงสร้างเนื่องจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตระหว่างการคายประจุในชั้นบรรยากาศคือการต่อสายดินขององค์ประกอบนำไฟฟ้าทั้งหมดของอาคาร

เพื่อขจัดอิทธิพล การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ในชิ้นส่วนโลหะที่มีความยาว (ท่อ โครงสร้างโลหะ ฯลฯ) ส่วนหลังจะเชื่อมต่อกับสะพานโลหะอย่างน่าเชื่อถือ

เพื่อกำจัดการถ่ายโอนศักยภาพสูงผ่านการสื่อสารทางอากาศและใต้ดิน อินพุตของพลังงาน วิทยุ เครือข่ายสัญญาณและการสื่อสารถูกนำมาใช้โดยตัวจำกัดสายเคเบิลและวาล์ว (เช่น RVN-0.5) และช่องว่างประกายไฟ ซึ่งจะถูกกระตุ้นเมื่อ มีการติดตั้งแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น