الحماية من الصواعق للمباني والمنشآت

يمكن أن يتسبب تفريغ البرق من كهرباء الغلاف الجوي في حدوث تلف في العزل ، وحوادث في التركيبات الكهربائية ، وحوادث مع الأشخاص ، وتدمير للمباني والهياكل.

ظهور البرق

عندما تسخن الشمس سطح الأرض ، تنشأ تيارات هوائية صاعدة مشبعة ببخار الماء. جزيئات الماء الصغيرة مشحونة سلبًا ، والجسيمات الأكبر شحنة موجبة.

تحت تأثير الرياح والجاذبية يحدث فصل للجسيمات المشحونة عكسيا. جزيئات الماء في السحب التي ترتفع إلى أكثر من 5 كم تتجمد وتنهار. توجد بلورات موجبة الشحنة في الجزء العلوي من السحابة ، على ارتفاع 5-7 كم ، سالبة الشحنة - على ارتفاع 2-5 كم. نتيجة لفصل الشحنات في السحب ، يتم تشكيل ما يسمى. الشحنات الفضائية وأجزاء مختلفة من السحابة الرعدية لها قيم وعلامات شحن مختلفة. تسبب الشحنات من أسفل السحابة رسومًا للعلامة المعاكسة على الأرض.

بين السحب والأرض ، وكذلك بين أجزاء مختلفة من السحابة أو بين السحب المختلفة ، تنشأ حقول عالية الشدة - عدة عشرات الآلاف من الفولتات لكل سنتيمتر - تنشأ. عند شدة مجال تبلغ حوالي 30 كيلو فولت / سم ، يحدث تأين للهواء ، ويبدأ الاختراق - ما يسمى بتفريغ القائد (قناة متوهجة خافتة يبلغ قطرها 10-20 مترًا) ، تتحرك بسرعة متوسطة 200– 300 كم / ثانية.

تحت تأثير المجال ، يتم الشحنات على الأرض - في المناطق ذات التوصيلية المتزايدة (الأماكن الرطبة ، والطبقات الموصلة للكهرباء ، وما إلى ذلك) أو بالأجسام العالية (التلال ، والمداخن ، وأبراج المياه ، والأعمدة ، وخطوط الطاقة ، والأشجار ، والمباني المستقلة على عادي ، وما إلى ذلك) - تحرك نحو السائق.

يتم توجيه الموصل إلى الجسم الذي يكون جهد المجال الكهربائي بالنسبة له هو الأكبر ثم يحدث تفريغ مضاد قوي ، ينتشر بسرعة مماثلة لسرعة الضوء (الشكل 1). بالإضافة إلى ذلك ، في أقل من جزء من عشرة آلاف من الثانية ، يمر تيار يصل إلى مئات الآلاف من الأمبيرات عبر الهيكل المتأثر ، وتحت تأثير البلازما تسخن حتى عشرات الآلاف من الدرجات وتبدأ في التوهج اللامع.

يُنظر إلى التأثير الخفيف للقذف على أنه برق ، ويؤدي التمدد المتفجر للهواء في قناة العادم إلى تأثير صوتي - الرعد.

أرز. 1. رسم تخطيطي لعملية كهربة سحابة رعدية وتطور تفريغ البرق باتجاه جسم أرضي.

تظهر القياسات أن ما يقرب من 3/4 من التصريفات تنشأ من الأجزاء السالبة الشحنة في السحابة ، و 1/4 التفريغ من المناطق المشحونة إيجابياً. بعد الأول ، قد تظهر عدة إفرازات متتالية.

تتميز تصريفات البرق بالمعايير التالية:

• السعة الحالية - التيار الأكثر ملاحظة هو 10-30 كيلو أمبير ، في 5-6٪ من القياسات يصل التيار إلى 100-200 كيلو أمبير ؛

• طول مقدمة الموجة - مدة صعود تيار البرق إلى أقصى قيمته (عادة 1.5-2 ميكرو ثانية).

في كثير من الأحيان ، يتم ملاحظة البرق الكروي ، وهو عبارة عن كرة بلازما متوهجة يصل قطرها إلى نصف متر ، وتتحرك ببطء تحت تأثير التيارات الهوائية على سطح الأرض. يخترق البرق الكروي المباني من خلال المداخن والنوافذ والأبواب.

إذا لامس صاعقة الكرة كائنًا حيًا ، فهناك إصابات قاتلة ، وتحدث حروق شديدة ، وعند ملامسة الهياكل ، يحدث انفجار وتدمير ميكانيكي للأشياء. لا تزال طبيعة البرق الكروي غير مفهومة جيدًا.

تأثير البرق على المباني والمنشآت

تتسبب ضربة الصاعقة المباشرة في انقسام الدعامات ، وذوبان الهياكل ، والاشتعال والانفجار ، والتدمير الميكانيكي ، والتسخين غير المقبول للهياكل المعدنية من الصواعق التي تمر عبرها إلى الأرض. وفقًا للبيانات التشغيلية ، يحترق البرق من خلال الصفائح المعدنية بسمك 4 مم.

يتجلى الحث الكهروستاتيكي في خلق قدرة عالية على الهياكل والأسلاك المعدنية المعزولة ، مما يؤدي إلى تدمير الأرض ، والذي بدوره يمكن أن يتسبب في حدوث صدمة كهربائية للناس ، واشتعال وانفجار المخاليط المتفجرة ، فضلاً عن إتلاف العزل في التركيبات الكهربائية.

يتجلى الحث الكهرومغناطيسي في الحث أثناء تيار التفريغ على الهياكل المعدنية الموسعة والاتصالات (الحزم والقضبان وخطوط الأنابيب وما إلى ذلك) ، معزولة عن بعضها البعض وعن الأرض ، مما قد يتسبب في شرارة أو قوس.

في حالة تفريغ البرق ، يتم أيضًا تقديم إمكانات عالية على طول الهياكل الأرضية الخارجية والاتصالات.

يجب حماية المباني والمنشآت ، حسب الغرض منها وشدة نشاط البرق في منطقة موقعها ، من أضرار الصواعق أو الآثار الثانوية الناجمة عن تصريف البرق.

الأراضي الممتدة من جبال الأورال إلى كراسنويارسك وإلى الجنوب من كراسنويارسك ، من كراسنويارسك إلى خاباروفسك تنتمي إلى مناطق يبلغ متوسط ​​مدة نشاط العواصف الرعدية فيها 40 إلى 60 ساعة. في المنطقة الشمالية من كراسنويارسك ، من كراسنويارسك إلى نيكولايفسك أون أمور ، يبلغ متوسط ​​مدة نشاط العواصف الرعدية من 20 إلى 40 ساعة. لوحظ زيادة نشاط العواصف الرعدية من 60 إلى 80 ساعة في السنة في مناطق ألتاي العليا (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). يجب تنفيذ الحماية من الصواعق للمباني والمنشآت وفقًا للمشاريع التي تم تطويرها من قبل المنظمات المتخصصة.

الحماية من ضربات الصواعق المباشرة. منطقة تغطية مانعة الصواعق

يتمثل عمل أجهزة الحماية من الصواعق في حقيقة أن قضيب الصواعق المعدني الذي يرتفع فوقه مثبت بالقرب من الجسم المحمي ، والمتصل بشكل موثوق بالأرض. عندما يحدث تفريغ البرق ، يقترب الموصل المندفع إلى الأرض من أعلى نقطة لزيادة التوصيل (يعمل الجزء العلوي من قضيب الصواعق المؤرض كنقطة كهذه) ويحدث التفريغ إلى مانع الصواعق ، متجاوزًا الجسم المحمي.

المنطقة الواقية لقضيب مانع للصواعق بارتفاع h هو مخروط ارتفاعه 0.92 h وقاعدته على شكل دائرة نصف قطرها 1.5 ساعة (الشكل 2).

ستتم حماية جميع الهياكل التي تتلاءم مع المخروط من ضربة صاعقة مباشرة بموثوقية لا تقل عن 95٪ (المنطقة ب).داخل مخروط بارتفاع 0.85 ساعة ونصف قطر قاعدة 1.1 ساعة ، موثوقية الحماية 99.5٪. (المنطقة أ).

أرز. 2. مناطق الحماية من الصواعق ذات قضيب واحد. أ - منطقة الحماية بموثوقية 99.5٪ ؛ ب - منطقة الحماية بموثوقية 95٪ ؛ 1 - مانع الصواعق 2 - كائن محمي.

إذا كانت مساحة الموقع أكبر من المنطقة المحمية ، فمن الضروري زيادة ارتفاع مانعة الصواعق أو تركيب عدة قضبان مانعة للصواعق.

الحماية من التأثيرات الثانوية للصواعق

التدبير الرئيسي لمكافحة حدوث الإمكانات العالية في المباني أو الهياكل بسبب الحث الكهروستاتيكي أثناء تصريفات الغلاف الجوي هو تأريض جميع العناصر الموصلة للمبنى.

لإزالة النفوذ الحث الكهرومغناطيسي في العناصر المعدنية الممدودة (خطوط الأنابيب ، الهياكل المعدنية ، إلخ) ، ترتبط الأخيرة بشكل موثوق بالجسور المعدنية.

من أجل القضاء على نقل الإمكانات العالية من خلال الاتصالات الجوية وتحت الأرض ، يتم تنفيذ مدخلات الطاقة والراديو وشبكات الإشارات والاتصالات بواسطة محددات الكابلات والصمامات (على سبيل المثال ، RVN-0.5) وفجوات الشرارة ، والتي يتم تشغيلها عند يتم تثبيت ارتفاعات الجهد.