Защита от атмосферного и статического электричества. Защита объекта от воздействия атмосферного статического электричества Влияние атмосферного электричества способы защиты

При определенных условиях в дождевом облаке могут накапливаться электрические заряды. Этому способствуют аэродинамические и термические процессы (восходящие воздушные потоки, конденсация паров на высоте от 1 до 6 км, образование капель, их дробление). В результате этих процессов капли получают суммарный отрицательный заряд и наполняют нижнюю часть облака, а более инерционные положительные ионы воздуха – верхнюю часть. При этом, внутри облака образуется электрическое поле между распределенными разнополярными зарядами.

Таким образом, молния – это электрический разряд в атмосфере между заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными частями облака. Разряд имеет преимущественно вид линейной молнии. Направленный вниз заряд между облаком и землей делится на лидерный (начальный) и главный (обратный). Обычно он начинается с прорастания от облака к земле слабо светящегося канала-ступенчатого лидера. При касании головки лидера земли возникает главный разряд. Он связан с нейтрализаций отрицательных зарядов лидера положительными зарядами земли и напоминает короткое замыкание. Главный разряд сопровождается интенсивным свечением, уменьшающимся при приближении к облаку, а также звуком (громом). Этот разряд и воспринимается людьми как молния. Основной источник их поражения – линейная молния.

Грозовой разряд оказывает на человека тепловое воздействие, а также механическое и электромагнитное.

От прямых ударов молнии объекты защищают молниеотводами различных типов и конструкций. Молниеотвод любого типа состоит из молниеприемника, предназначенного для непосредственного приема удара молнии, токоотвода, обеспечивающего отвод тока молнии к заземлению, и заземлителя, отводящего ток молнии в землю. Для крепления молниеприемников и токоотводов предназначены несущие конструкции (опоры).

Принцип действия молниеотводов основан на использовании свойства избирательности поражений молнией более высоких и хорошо заземленных предметов. Поэтому необходимо, чтобы молниеотвод возвышался над защищаемым объектом и имел достаточно хороший контакт с землей. Молниеотвод создает условия для ориентации лидерного разряда в направлении вершины молниеотвода (за счет создания наибольшей напряженности электрического поля на пути между развивающимся лидерным каналом и вершиной молниеотвода). Таким образом, молниеотвод как бы “отбирает” на себя грозовые разряды, возникающие в определенной зоне вокруг него, и, тем самым, экранирует расположенные поблизости от него более низкие объекты.

Пространство вокруг молниеотвода, защищенное от прямых ударов молнии, называется зоной защиты молниеотвода. Защищаемый объект должен полностью входить в зону защиты.

В зависимости от категории здания по устройству молниезащиты и ожидаемого числа поражений молнией в год требуется, чтобы объект полностью располагался в зоне защиты типа А или Б. Зона защиты типа А обладает степенью надежности (на ее границе) не ниже 99,5%, а зона защиты типа Б – не ниже 95%. Это очень высокая степень надежности. Прорыв молнии в зону защиты типа А возможен только в пяти случаях из тысячи ударов, а в зону защиты типа Б – в пяти случаях из ста.

Обычно применяют стержневые, тросовые и сетчатые типы молниеотводов. Для молниезащиты одного или группы строений применяют молниеотводы одного типа, но в ряде случаев целесообразно использовать комбинированные типы молниеотводов (например, тросово-стержневой молниеотвод).

Важным элементом молниеотвода является его заземляющее устройство, т.е. специальная металлическая конструкция, расположенная в земле. Оно служит для безопасного отвода тока молнии в землю.

Конструктивно молниеотводы и их заземляющие устройства должны выполняться следующим образом.

1. Опоры стержневых молниеотводов могут изготавливаться из стали любой марки, железобетона или дерева. Они должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов – с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузке.

2. Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм из стали любой марки. Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм². Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой. Эти соединения и токоотводы изготовливаются из круглой стали диаметром не менее 6 мм. Токоотводы, прокладываемые по наружным стенам здания, следует располагать не ближе 3 м от входов или в местах, недоступных для прикосновения людей.

3. В качестве естественных заземлителей молниезащиты допускается использование любых конструкций железобетонных фундаментов зданий и сооружений при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к закладным деталям. Допускается также использование для молниезащиты всех заземлителей электроустановок, рекомендуемых ПУЭ

4. Должны быть предусмотрены искусственные заземлители. Их следует располагать под асфальтовым покрытием либо в редко посещаемых местах (на газонах, в удалении от грунтовых проезжих и пешеходных дорог) на расстоянии 5 м и более.

30. Статическое электричество: сущность, опасность, методы защиты

При статической электризации во время технологических процессов, сопровождающихся трением, размельчением твердых частиц, пересыпанием сыпучих тел, переливанием жидкостей - диэлектриков, на изолированных от земли металлических частях производственного оборудования возникает электрическое напряжение относительно земли порядка десятков киловольт.

Так, при движении резиновой ленты транспортера в сельс­кохозяйственных агрегатах с электроприводом через клиноременную передачу в устройствах ременной передачи на лен­те (ремне) и на роликах (шкивах) возникают электростати­ческие заряды противоположных знаков большой величины, а потенциалы их достигают 45 кВ. Основную роль при этом играют влажность, давление воздуха и состояние поверхнос­тей лент (ремней) и роликов (шкивов), а также скорость отно­сительного движения (пробуксовки). Аналогично происходит электризация при сматывании тканей, бумаги, пленки и др.

При относительной влажности воздуха 85% и более электростатических зарядов обычно не возникает.

Возникающие в производственных условиях электроста­тические заряды могут служить импульсом, способным при наличии горючих смесей вызвать пожар и взрыв. В ряде случаев статическая электризация тела человека и затем пос­ледующие разряды с тела человека на землю или заземлен­ное производственное оборудование, а также электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека на землю могут вызвать нежелательные болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого дви­жения человека, в результате которого он может получить ту или иную механическую травму (ушибы, ранение). "

Устранение опасности возникновения электростатических зарядов достигается следующими мерами: заземлением про­изводственного оборудования и емкостей для хранения лег­ковоспламеняющихся и горючих жидкостей; увеличением электропроводности поверхностей электризующихся тел пу­тем повышения влажности воздуха или применением анти­статических примесей к основному продукту (жидкости, ре­зиновые изделия и др.); ионизацией воздуха с целью увели­чения его электропроводности.

31. Индивидуальные средства защиты от поражения электрическим током.

Электрозащитные средства должны находиться в поме­щениях электроустановок в качестве инвентарного имуще­ства. Они распределяются по местам хранения и это поло­жение должно быть зафиксировано в списках, утвержден­ных главным энергетиком предприятия. Ответственность за своевременное обеспечение персонала и комплектование электроустановок электрозащитными средствами несут на­чальник цеха, службы участка, а в целом по предприятию - главный инженер. Электротехнический персонал получает электрозащитные средства в индивидуальное пользование и отвечает за их правильную эксплуатацию и своевремен­ную отбраковку. Все электрозащитные средства должны быть пронумерованы, храниться в специальных помещениях, шка­фах, ящиках.

При эксплуатации средства защиты должны подвергать­ся периодическим и внеочередным испытаниям (после ре­монта) согласно ПТЭ и ПТБ.

Электрозащитные средства служат для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электри­ческим током, от воздействия электрической дуги и электро­магнитного поля.

Основные электрозащитные средства защиты, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение элект­роустановок, позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Дополнительные электрозащитные средства защиты сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить защиту от поражения током, а применяются совместно с основными электрозащитными средствами.

К электрозащитным средствам относятся:

изолирующие штанги (оперативные, для наложения за­земления, измерительные), изолирующие (для операций с предохранителями) и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, указатели напряжения для фазировки и т. д.;

изолирующие устройства и приспособления для ремонт­ных работ под напряжением выше 1000 В и слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками для рабо­ты в электроустановках напряжением до 1000 В;

диэлектрические перчатки, боты, галоши, ковры, изолиру­ющие накладки и подставки;

индивидуальные экранизирующие комплекты;

переносные заземления;

оградительные устройства и диэлектрические колпаки;

плакаты и знаки безопасности.

Кроме перечисленных электрозащитных средств при работах в электроустановках следует, при необходимости, применять такие средства индивидуальной защиты, как очки, каски, противогазы, рукавицы, предохранительные монтерские по­яса и страховочные канаты.

Классификация защитных средств в зависимости от напряжения электроустановки приведена в таблице.

При обработке диэлектрических материалов (в нефтеперерабатывающей, текстильной, бумажной промышленности) возникает электризация тел статическое электричество. Это явление может служить причиной возгорания огнеопасных веществ, электризации человека с последующим разрядом на землю.

Разряд через тело человека может вызвать болевое и нервное нарушение и быть источником непроизвольного резкого движения, в результате которого возможны ушибы, падения и др.

При статической электризации на изолированных от земли металлических частях оборудования возникает относительно земли напряжение порядка десятков киловольт. Так, например, при движении резиновой ленты транспортера в устройствах ременной передачи на ленте (ремне) и на роликах транспортера (шкиве) из-за некоторой пробуксовки возникают электростатические заряды противоположных знаков, а разность их потенциалов достигает 45 кВ.

При разбрызгивании красок из пульверизатора разность потенциалов достигает 10 кВ; при протекании бензина (бензола) по трубам 3 кВ; при выпуске двуокиси углерода на баллоне 8 кВ, на резиновом шланге 10 кВ. Применяемое в электроустановках минеральное масло в процессе переливания также подвергается электризации. Искра, образующаяся при разности потенциалов 1 кВ, может воспламенить бензин, при разности потенциалов 3 кВ горючие газы, при разности потенциалов 5 кВ большую часть горючих шлей.

Электрические заряды, образующиеся на частях производственного оборудования, могут взаимно нейтрализоваться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха, а также стекать в землю по поверхности оборудования. При относительной влажности 85% и более разряды статического электричества практически не возникают.

Основными способами подавления статической электризации являются: заземление металлических частей производственного оборудования; предотвращение накопления значительных электрических зарядов путем установки в зоне электризации специальных нейтрализаторов; увеличение поверхностей и объемной электрической проводимости.

Заземляющие устройства для защиты от статического электричества, как правило, соединяются с защитными заземляющими устройствами электроустановок. Величина заземляющего контура для защиты от статического электричества должна находиться в пределах 100 Ом. Передвижные элементы (например, автоцистерна) во время налива горючих жидкостей заземляют переносным заземлением в виде гибкого многопроволочного провода.

Отвод статического электричества с тела человека осуществляется путем устройства электропроводящих полов в производственном помещении, рабочих площадок и других приспособлений, а также обеспечения работающих токопроводящей обувью и антистатическими халатами.

Опасность атмосферного электричества.

При грозовом разряде в течение короткого времени при токе молнии 100200 кА в канале молнии развивается температура до 30 000 °С. Вследствие быстрого расширения нагретого воздуха возникает взрывная волна (гром). Ток молнии производит тепловое, электромагнитное, а также механическое воздействие на те объекты, по которым он проходит. Молния может вызывать электростатическую и электромагнитную индукцию. Электростатическая индукция проявляется тем, что на изолированные металлические предметы наводятся опасные электрические потенциалы, вследствие чего возможно искрение между отдельными металлическими элементами конструкций и оборудования. Электромагнитная индукция обусловлена быстрыми изменениями значения тока молнии в металлических незамкнутых контурах, в результате чего в них наводится электродвижущая сила, что приводит к опасности искрообразования в местах сближения этих контуров.

При грозе во время попадания молнии в различные промышленные, транспортные и другие объекты, находящиеся вдали от производственных зданий и сооружений, возможно проникновение (занос) электрических потенциалов в здание по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям эстакадам, монорельсам и канатам подвесных дорог, трубопроводам, оболочкам кабелей.

Для приема электрического разряда молнии и отвода ее тока в землю применяют устройства, называемые молниеотводами. Молниеотвод состоит из несущей части (опоры, которой может служить само здание или сооружение), молниеприемника и заземлителя. Наиболее распространены стержневые и тросовые молниеотводы.

Защитное действие молниеотводов основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения и характеризуется зоной защиты, под кото-рой понимается пространство, внутри которого здание защищено с некоторой вероятностью от попадания молнии. Вероятность поражения в расчетах принимается не более 1%, т. е. коэффициент надежности защиты должен составлять не менее 99%. Объект считается защищенным, если все его части находятся в пределах зоны защиты. Зону защиты определяют по эмпирическим формулам, графическим построениям, по таблицам и монограммам, приведенным в специальной литературе по проектированию it устройству молниезащиты.

Для защиты от статического электричества применяют мероприятия и средства, направленные на предотвращение или уменьшение интенсивности процесса образования зарядов, а также обеспечивающие условия для быстрой релаксации зарядов.

К первой группе мероприятий относится уменьшение скоростей перемещения твердых, сыпучих и жидких материалов. Многие жидкости, например, нефтепродукты, легко электризуются. Подачу таких жидкостей необходимо производить таким образом, чтобы исключить их бурное перемешивание и разбрызгивание. Сливная труба должна доходить до дна бака, а струя направляется вдоль оси стенки. Если в емкости нет остатка жидкости, то скорость первоначального заполнения не должна превышать 0,7 м/с, а затем 4 м/с.

Ко второй группе относятся следующие средства. Суда, цистерны, трубопровода заземляются, причем сопротивление заземления должно составлять не более 100 Ом. Для этого используют установленные заземлители электроустановок. Автоцистерны заземляют с помощью металлической цепи, постоянно соприкасающейся с землей, а для железнодорожных цистерн заземлителем является рельсовый путь.

При увеличении влажности соприкасающихся поверхностей водяная пленка экранирует эмиссию электронов и обеспечивает растекание зарядов по поверхности чел, что резко снижает потенциалы зарядов. Для нейтрализации образовавшихся зарядов используют ионизаторы воздуха, которые создают ионы обоих знаков. Ионы нужного знака притягиваются и нейтрализуют образовавшиеся заряды.

Защита человека от статического электричества обеспечивается использованием антистатической одежды и обуви.

Требуемая степень защиты зданий и сооружений от воздействия атмосферного электричества, от взрывопожароопасности разрабатывается на основе классификации этих объектов. Установлены три категории молниезащиты (I, II, Ш) и два типа (А, Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к объекту не менее 99,5% молний, а типа Б - не менее 95%. Объекты I и II категорий (взрывоопасные) защищаются от всех четырех видов воздействия атмосферного электричества (п. 5.4), а объекты III категории - пожароопасные и высотные (жилые здания, башни, вышки, трубы) - защищаются от прямых ударов молний и от заноса высоких потенциалов внутрь зданий.

Защита от электростатической индукции заключается в заземлении металлического оборудования, расположенного внутри и вне здания. Для этого применяют специальное заземление или заземление электроустановок с сопротивлением не более 10 Ом.

Защита от электромагнитной индукции осуществляется установкой металлических перемычек между трубопроводами и протяженными коммуникациями, которые сближаются на расстояния до 10 см.

Защита от заноса высоких потенциалов внутрь зданий обеспечивается посредством присоединения металлокоммуникаций на входе в здание к защитному заземлению.

Для защиты объектов от прямых ударов молнии выполняются молниеотводы стержневого, тросового, сетчатого типа. Молниеотвод стержневого типа (рис. 6.12) состоит из опоры (1), молниеприемникa (2), токовода (3) и заземлителя (4). Зона защиты молниеотвода - это часть пространства, в пределах которого обеспечивается защита от прямых ударов молнии. Для стержневого молниеотвода эта зона примерно ограничена конусом, основание которого имеет радиус r = 1,5 h.

Атмосферное статическое электричество

Заряды статического атмосферного электричества возникают в результате разряда молний. Молния поражает в первую очередь самые высокие сооружения и заземленные, т.к. их проводимость стремится к бесконечности. Зашита от прямого удара молнии организуется с помощью молниеотводов, которые состоят из трех элементов:

1)Молниеприемник (принимает разряд молнии)

2)Токоотвод (должен направить принятый разряд в землю)

3)Защитное заземление (отдает заряд земле)

Сопротивление молниеотвода должна быть ≤10 Ом

В зависимости от конструкции молниеприемника молниеотводы бывают:

1) Стержневые

2) Тросовые

3) Сетчатые, устанавливаются на сооружениях с шли кровлей, ячейка сетки должна быть ≤ 5х5 м

Молниеприемником может служить металлическая кровля, но в этом случае необходимо не менее двух токоотводов. При высоте сооружения более 50 м допускается установка молниеприемника на самом сооружении, но в этом случае необходимо предусмотреть не менее 2х токоотводов, которые должны присоединиться к самостоятельному заземленному контуру. Площадь сечения стержневого молниеприемника должна быть не менее 100 мм 2 , а площадь сечения тросового молниеприемника не менее 35мм 2

На предприятиях по производству строительных материалов и при изготовлении конструкция широко используют и получают в больших количествах вещества и материалы, обладающие диэлекртическими свойствами, что способствует возникновению зарядов статического электричества.

Статич. электр-во образуется в результате трения (соприкосновения или разделения) двух диэлектриков друг о друга или диэлектриков о металлы. При этом на трущихся веществах могут накапливаться электр-е заряды, которые легко стекают в землю, если тело является проводником электричества и оно заземлено. На диэлекртиках электрич-е заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они получили название статич. электричества.

Процесс возникновения и накопления электр-их зарядов в веществах называют электризацией.

По существующим представлениям статич-е электр-во возникает в результате сложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких или твердых веществ. На поверхности соприкосновения образуется двойной электрический слой.

В производственных условиях возникновение и накопление статич. эл-ва происходит:

1) при пневмотранспорте пылевидных и сыпучих материалов, при движении их в аппаратах; дроблении, перемешивании и просеивании; при перемешивании в смесителях;

2) при сливе, наливе и перекачке светлых нефтепродуктов по трубопроводам и резиновым шлангам в резервуарные емкости;

3) при транспортировании сжатых и сжиженных газов по трубам и истечении их через отверстия;

4) в процессах обработки материалов, а также при применении ременных передач и транспортных лент.

5) при движении автотранспортера, тележек на резиновых шинах и людей по сухому изолирующему покрытию.

Совокупность явлений, результатом которых является образование, сбережение и разрядка свободных электрозарядов на поверхности диэлектриков или изолированных проводниках, называют статическим электричеством. Образующийся заряд может сохраняться и накапливать достаточно продолжительное время. Процесс получения любой поверхностью или телом определенного заряда (положительного или отрицательного) называется электризацией. Статические электрозаряды чаще всего образуются из-за трения друг о друга или о металл твердых материалов, не проводящих ток. Относительно земли напряжение во время статической электризации часто может достигать 100 тыс. вольт.

Разряды статического электричества могут стать причиной возникновения сильных пожаров и взрывов, а также иметь негативное влияние на здоровье человека, как при непосредственном контакте, так и из-за опасного электрического поля образующегося вокруг заряженного тела. Выделяющейся энергии достаточно много для мгновенного для воспламенения пыле и газовоздушных смесей.

Специалисты рекомендуют применять заземления, нейтрализаторы (индукционные, радиоактивные и высоковольтные), увлажнители воздуха, специальные экраны и антиэлектростатические вещества для эффективной защиты от статических зарядов. Сотрудникам, в качестве профилактики, выдают антистатическую спецодежду и токопроводящую обувь имеющую сопротивление подошвы до 108 Ом.

Атмосферное электричество: молниезащита

Наиболее часто атмосферное электричество концентрируется в кучевых (грозовых) облаках и разряжается через молнии, которые имеют мощное поражающее действие. Прямое их попадание в дом может полностью разрушить здание, убить людей, находящихся внутри или привести к сильному пожару или техногенным авариям.

После того как Франклин объяснил всему миру природу молний человечество постоянно работает над усовершенствованием методов по молниезащите. В настоящее время на смену простым стальным или медным громоотводам с токоотводом и заземлением пришли инновационные активные молниеприемники. Они за счет ионизации воздуха вокруг себя самостоятельно притягивают к себе разряды молний. Современная система молниезащиты объекта включает защиту от прямых ударов молнии и вторичных ее проявлений.

Защита от статического электричества и молниезащита

Для предотвращения неприятных последствий от образования статических зарядов и молний необходимо при проектировании и эксплуатации объектов осуществлять комплекс мер, направленных на их защиту от статического электричества и молниезащиту .

Основные здания и сооружения не принимаются в эксплуатацию без защиты от статического электричества и молниезащиты . Промышленные здания и помещения, оборудование и приборы, различные коммуникации в соответствии с их классификацией по ПУЭ должны иметь молниезащиту І, ІІ или ІІІ категории, а также защиту от статических разрядов для взрыво- и пожароопасных помещений, зон открытых установок, имеющие класс B-I, B-I6, В-II и B-IIa.

Защита от статического электричества обеспечивается благодаря таким мероприятиям, как:

• проверка исправности и безотказности работы и непосредственного наличия заземлений, систем отвода зарядов и нейтрализации;
• очистка газвоздушных смесей от взвешенных примесей;
• четкое выполнение технологических инструкций (недопущение разбрызгивания, дробления или распыления материалов, увеличения их скорости движения и т.п.)
• металлическое и неметаллическое оборудование в одном помещении должны быть в одной электроцепи, которая соединяется с контуром заземления минимум в 2 точках;
• подача трапа к самолету, открытие автоцистерн и т.п. мероприятия проводится только после присоединения к ним заземления;
• используемые резиновые шланги для налива жидких веществ оснащаются проволокой и наконечниками из меди.

Элементы молниезащиты должны регулярно проверяться и по необходимости ремонтироваться. Специалисты рекомендуют проводить проверку:

• надежности связи между токоведущими частями молниезащиты,
• наличия механических, коррозионных повреждений частей системы защиты;
• сопротивления всех заземлителей.