Материал: Пожарная безопасность электроустановок. учебное пособие. Сушко Е.А., Бакаева Г.А

Наблюдениями установлена корреляционная связь между плотностью разрядов в землю и продолжительностью гроз. Эта корреляционная зависимость распространена на всю территорию Россию и связывает число ударов нисходящей молнии в 1 км² земной поверхности с конкретной продолжительностью гроз в часах. Для произвольного пункта на территории России удельная плотность ударов молнии в землю n определяется, исходя из средней продолжительности гроз в часах, как показано в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Средняя продолжительность гроз

Используя значения n, можно определить ожидаемое количество поражений молнией в год N:

для зданий и сооружений прямоугольной формы

N = [(S+6h_x)(L+6h_x)-7,7h²_x]n10^-6; (5.1)

для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

N = 9 h²_xn10^-6, (5.2)

где h_x – наибольшая высота здания или сооружения, м; S и L – соответственно ширина и длина здания или сооружения, м; n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю).

Если здание имеет сложную конфигурацию, то при расчете по формуле (5.1) в качестве S и L принимается ширина и длина наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание или сооружение в плане. Принято считать, что молнии попадают в здание или сооружение в пределах территории, контур которой удален от контура сооружения на три его высоты.

Оценивая по формулам (5.1) и (5.2) число поражений молнией объектов разных размеров и форм, например, можно видеть, что при средней продолжительности гроз 40-60 ч в год для здания высотой 20 м и размерами в плане 100100 м можно ожидать не более одного поражения за 5 лет, для сосредоточенного объекта высотой 50 м можно ожидать не более одного поражения за 3-4 года.

Таким образом, при умеренных размерах зданий и сооружений (высота 20-50 м, длина и ширина примерно 100 м) поражение их молнией является редким событием.

Удельную плотность ударов молнии в землю n в месте дислокации объекта можно приближенно определить по формуле [7]

n = 0,23n_д^1,3. (5.3)

На всей территории России здания и сооружения I категории должны быть обязательно защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электромагнитной индукции и заноса в них высокого потенциала через наземные и подземные коммуникации, а молниеотводы должны предусматриваться с зонами защиты А [6]. В районах с очень малой интенсивностью грозовой деятельности вероятность удара в здание I категории очень мала, но материальный ущерб может быть велик, и затраты на молниезащиту в этом случае вполне оправданы.

Здания и сооружения II категории должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее воздействий и заноса в них высоких потенциалов через наземные и подземные коммуникации только в местностях со средней продолжительностью гроз n_ч  10. Тип зоны защиты молниеотводов зависит от показателя N [6]: зона типа А принимается при N > 1, а зона типа Б – при N  1. Наружные технологические установки класса В-1г, относимые также ко II категории, подлежат защите от прямых ударов молнии на всей территории России, а молниеотводы предусматриваются с зонами типа Б. Некоторые из этих установок подлежат защите и от электростатической индукции (резервуары с плавающими крышами или понтонами).

Здания и сооружения III категории (с зонами классов П-I, П-II, П-IIа) подлежат молниезащите в местностях со средней продолжительностью гроз 20 и более часов в год, а тип зоны защиты молниеотводов зависит от степени огнестойкости здания. Например, зона типа Б [6] требуется для зданий и сооружений I и II степени огнестойкости при 0,1 < N  2, а для III, IV и V степени огнестойкости при 0,02 < N  2; при N > 2 необходима зона типа А. Для наружных установок класса П-III молниезащита предусматривается при средней продолжительности гроз 20 и более часов в год при зоне защиты типа Б [6], если 0,1 < N  2; при N > 2 – зона типа А.

Все здания и сооружения III категории должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации, а наружные установки должны быть защищены только от прямых ударов молнии. Таким образом, обязательность устройства молниезащиты зданий или сооружений I, II и III категории определяется средней продолжительностью гроз n_ч и ожидаемым количеством поражений N молнией в год. При несовпадении одного из этих показателей с величинами по нормам [6] устройство молниезащиты становится необязательным.

Требования к устройствам молниезащиты

Молниезащита представляет собой комплекс мероприятий, направленных на предотвращение прямого удара молнии в объект или на устранение опасных последствий, связанных с прямым ударом; к этому комплексу относятся также средства защиты, предохраняющие объект от вторичных воздействий молнии и заноса высокого потенциала. К основным требованиям могут быть отнесены: соответствие молниезащиты категории здания характеру производственного процесса в здании, сооружении, на всем объекте; возможность типизации конструктивных элементов молниезащиты; надежность действия всех ее элементов и «равнопрочность» их в этом отношении; большой срок службы, достигающий десятка и более лет; возможность применения недорогостоящих материалов и использования конструктивных элементов здания и сооружения; наглядность монтажа, предупредительные и воспрещающие знаки или ограждения, т.е. создание условий безопасности для персонала объекта или посторонних людей; сравнительно несложная эксплуатация и доступность ко всем элементам при контроле, восстановлении или ремонте.

Кроме того, при выполнении молниезащиты зданий и сооружений всех категорий для повышения безопасности людей следует размещать заземлители (кроме углубленных) в редко посещаемых местах (на газонах, кустарниках), в удалении на 5 и более метров от основных грунтовых, проезжих и пешеходных дорог, располагать под асфальтовыми покрытиями, устанавливать предупреждающие плакаты. Токоотводы следует прокладывать в малодоступных местах, чтобы люди не могли к ним прикоснуться.

Для снижения опасности шаговых напряжений рекомендуется применять углубленные и рассредоточенные заземлители в виде лучей. При ширине зданий и сооружений более 100 м необходимо выполнять мероприятия по выравниванию потенциала внутри здания. При устройстве молниезащиты зданий и сооружений любой категории следует учитывать возможность экранирования их зонами защиты молниеотводов других близкорасположенных зданий и сооружений. При этом следует максимально использовать естественные молниеотводы (вытяжные трубы, водонапорные башни, дымовые трубы, линии электропередач и другие возвышающиеся сооружения).

Для нестандартных объектов, молниезащиту которых не удается осуществить по типовым рекомендациям [6], должны быть определены те воздействия, которые представляют наибольшую опасность, а затем на основе технико-экономического анализа выбрать для них необходимые оптимальные меры защиты. В ряде случаев, особенно для объектов новой технологии, может оказаться решающей не стоимость устройств молниезащиты, а их совместимость с технологическими функциями объекта, поэтому иногда важно рассматривать вопросы молниезащиты не в процессе строительства объекта, а на стадии его проектирования, когда имеется возможность путем малых затрат и несущественных изменений повысить грозоупорность объекта и возложить хотя бы частично функции молниезащиты на его конструктивные элементы.

В практике проектирования и эксплуатации молниезащиты следует учитывать определенных размеров зоны взрывоопасности, так как многие здания, сооружения и наружные установки химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих и ряда других предприятий имеют устройства постоянного или периодического выброса в окружающее пространство горючих газов и паров жидкостей. Эти технологические выбросы, связанные с нормальным или аварийным режимом работы аппаратов и установок, происходят через постоянно или периодически действующие воздушки, свечи, газоотводные трубы, по специальным аварийным стравливающим линиям, а также через дыхательные и предохранительные клапаны. Значительное количество этих выбросов производится локальными механическими и естественными вентиляционными системами зданий. На отдельных объектах химической промышленности насчитывается до нескольких сотен воздушек. Перечисленные устройства располагаются, как правило, на зданиях, наружных установках, рабочих площадках и этажерках, в виде отдельно стоящих труб-свечей высотой более 30 м.

Большие потери наблюдаются от испарения нефтепродуктов с высокой упругостью паров и сырой нефти при их хранении и при различных операциях, связанных с загрузкой и выгрузкой емкостей. При этом продукты испарения, вытесняемые из наполняемых железобетонных резервуаров через дыхательные клапаны и неплотности крыши в атмосферу, при определенных технологических режимах и метеорологических условиях создают на прилегающей территории взрывоопасные зоны значительных размеров (10-40 м). Во многих случаях горючие продукты (газы и пары) выбрасываются либо в чистом виде, особенно при аварийных стравливаниях из аппаратов, либо в смеси с воздухом в границах концентрированных пределов взрыва (при выбросе газо- и паровоздушных смесей из дыхательных труб, воздушек), поэтому около таких устройств выброса также могут создаваться зоны взрывоопасности.

Непосредственный контакт канала молнии или нагретых до высокой температуры частей молниезащитных устройств с этой зоной может привести к воспламенению, взрыву и разрушениям, поэтому вопросы молниезащиты зданий и наружных установок должны решаться с учетом возможных зон взрывоопасности, которые будут влиять на выбор схемы и типа молниезащитного устройства, мест их расположения, необходимого удаления и превышения зон защиты молниеотводов над устройством выброса. В практике проектирования молниезащиты встречались случаи, когда наличие большого количества газоотводных труб и вентиляционных устройств приводило к отказу от защиты зданий II категории молниеотводами, располагаемыми на них, и сооружались отдельно стоящие молниеотводы.

Трудности, возникающие при решении вопросов молниезащиты с учетом зон взрывоопасности, объяснялись, с одной стороны, весьма противоречивыми указаниями в литературных и нормативных источниках, с другой – отсутствием каких-либо исследований распределения взрывоопасных концентраций и зон. Все это приводило к усложнению и чрезмерному удорожанию молниезащитных устройств, применению недостаточно надежного и безопасного варианта молниезащиты. В связи с этим были проведены некоторые исследования распределений концентраций горючих смесей при непрерывном выбросе их в атмосферу [8].