Молниезащита — комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от разрядов молнии.
Молния способна воздействовать на здания и сооружения прямыми ударами (первичное воздействие), которые вызывают непосредственное повреждение и разрушение, и вторичными воздействиями — посредством явлений электростатической и электромагнитной индукции. Высокий потенциал, создаваемый разрядами молнии, может заноситься в здания также по воздушным линиям и различным коммуникациям. Канал главного разряда молнии имеет температуру 20 000°С и выше, вызывающую пожары и взрывы в зданиях и сооружениях.
Здания и сооружения подлежат молниезащите в соответствии с СН 305-77. Выбор защиты зависит от назначения здания или сооружения, интенсивности грозовой деятельности в рассматриваемом районе и ожидаемого числа поражений объекта молнией в год.
Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним числом грозовых часов в году пч или числом грозовых дней в году пд. Определяют ее с помощью соответствующей карты, приведенной в СН 305-77, для конкретного района.
Применяют и более обобщенный показатель — среднее число ударов молнии в год (п) на 1 км2 поверхности земли, который зависит от интенсивности грозовой деятельности.
Таблица 19. Интенсивность грозовой деятельности
| Интенсивность грозовой деятельности, ч/год | 10-20 | 20-40 | 40-60 | 60-80 | 80 и более |
| п | 1 | 3 | 6 | 9 | 12 |
Ожидаемое число поражений молнией в год зданий и сооружений N, не оборудованных молниезащитой, определяется по формуле:
N = (S + 6hx) (L+ 6hx) n• 10"6,
где Sи L— соответственно ширина и длина защищаемого здания (сооружения), имеющего в плане прямоугольную форму, м; для зданий сложной конфигурации при расчете N в качестве S и Lпринимают ширину и длину наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание в плане; hx— наибольшая высота здания (сооружения), м; п. — среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности в месте расположения здания. Для дымовых труб, водонапорных башен, мачт, деревьев ожидаемое число ударов молнии в год определяют по формуле:
В незащищенную от молнии линию электропередачи протяженностью Lкм со средней высотой подвеса проводов hcpчисло ударов молнии за год составит при допущении, что опасная зона распространяется от оси линии в обе стороны на 3 hcp,
N = 0,42 х К)"3 xLhcpnч
В зависимости от вероятности вызванного молнией пожара или взрыва, исходя из масштабов возможных разрушений или ущерба, нормами установлены три категории устройства молниезащиты.
В зданиях и сооружениях, отнесенных к I категории молниезащиты, длительное время сохраняются и систематически возникают взрывоопасные смеси газов, паров и пыли, перерабатываются или хранятся взрывчатые вещества. Взрывы в таких зданиях, как правило, сопровождаются значительными разрушениями и человеческими жертвами.
В зданиях и сооружениях II категории молниезащиты названные взрывоопасные смеси могут возникнуть только в момент производственной аварии или неисправности технологического оборудования, взрывчатые вещества хранятся в надежной упаковке. Попадание молнии в такие здания, как правило, сопровождается значительно меньшими разрушениями и жертвами.
В зданиях и сооружениях III категории от прямого удара молнии может возникнуть пожар, механические разрушения и поражения людей. К этой категории относятся общественные здания, дымовые трубы, водонапорные башни и др.
Здания и сооружения, относимые по устройству молниезащиты к I категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электромагнитной индукции и заноса высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации по всей территории России.
Здания и сооружения II категории молниезащиты должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее воздействий и заноса высоких потенциалов по коммуникациям только в местностях со средней интенсивностью грозовой деятельности лч = 10.
Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации, в местностях с грозовой деятельностью 20 ч и, более в год.
Здания защищаются от прямых ударов молнии молниеотводами. Зоной защиты молниеотвода называют часть пространства, примыкающую к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты А обладает степенью надежности 99,5% и выше, а зона защиты Б — 95% и выше.
Молниеотводы состоят из молниеприемников (воспринимающих на себя разряд молнии), заземлителей, служащих для отвода тока молнии в землю, и токоотводов, соединяющих молниеприемники с заземлителями.
Молниеотводы могут быть отдельно стоящими или устанавливаться непосредственно на здании или сооружении. По типу молниеприемника их подразделяют на стержневые, тросовые и комбинированные. В зависимости от числа действующих на одном сооружении молниеотводов, их подразделяют на одиночные, двойные и многократные.
Молниеприемники стержневых молниеотводов устраивают из стальных стержней различных размеров и форм сечения. Минимальная площадь сечения молниеприемника — 100 мм2, чему соответствует круглое сечение стержня диаметром 12 мм, полосовая сталь 35 х 3 мм или газовая труба со сплющенным концом.
Молниеприемники тросовых молниеотводов выполняют из стальных многопроволочных тросов сечением не менее 35 мм2 (диаметр 7 мм).
В качестве молниеприемников можно использовать также металлические конструкции защищаемых сооружений — дымовые и другие трубы, дефлекторы (если они не выбрасывают горючие пары и газы), металлическую кровлю и другие металлоконструкции, возвышающиеся над зданием или сооружением.
Токоотводы устраивают сечением 25-35 мм2 из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм или стали полосовой, квадратного или иного профиля. В качестве токоотводов можно использовать металлические конструкции защищаемых зданий и сооружений (колонны, фермы, пожарные лестницы, металлические направляющие лифтов и т. д.), кроме предварительно напряженной арматуры железобетонных конструкций. Токоотводы следует прокладывать кратчайшими путями к заземлителям. Соединение токоотводов с молниеприемниками и заземлителями должно обеспечивать непрерывность электрической связи в соединяемых конструкциях, что, как правило, обеспечивается сваркой. Токоотводы нужно располагать на таком расстоянии от входов в здания, чтобы к ним не могли прикасаться люди во избежание поражения током молнии.
Заземлители молниеотводов служат для отвода тока молнии в землю, и от их правильного и качественного устройства зависит эффективная работа молниезащиты.
Конструкция заземлителя принимается в зависимости от требуемого импульсного сопротивления с учетом удельного сопротивления грунта и удобства его укладки в грунте. Для обеспечения безопасности рекомендуется ограждать Заземлители или во время грозы не допускать людей к заземлителям на расстояние менее 5-6 м. Заземлители следует располагать вдали от дорог, тротуаров и т. д.
Ураганы представляют собой явление морское и наибольшие разрушения от них бывают вблизи побережья. Но они могут проникать и далеко на сушу. Ураганы могут сопровождаться сильными дождями, наводнениями, в открытом море образуют волны высотой более 10 м, штормовыми нагонами. Особой силой отличаются тропические ураганы, радиус ветров которых может превышать 300 км (рис. 22).
Ураганы — явление сезонное. Ежегодно на Земле развивается в среднем 70 тропических циклонов. Средняя продолжительность урагана около 9 дней, максимальная — 4 недели.
4. Буря
Буря — это очень сильный ветер, приводящий к большому волнению на море и к разрушениям на суше. Буря может наблюдаться при прохождении циклона, смерча.
Скорость ветра у земной поверхности превышает 20 м/с и может достигать 100 м/с. В метеорологии применяется термин «шторм», а при скорости ветра больше 30 м/с — ураган. Кратковременные усиления ветра до скоростей 20—30 м/с называются шквалами.
5. Смерчи
Смерч — это атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем распространяющийся в виде темного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря (рис. 23).
В верхней части смерч имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаками. Когда смерч опускается до земной поверхности, нижняя часть его тоже иногда становится расширенной, напоминающей опрокинутую воронку. Высота смерча может достигать 800-1500 м. Воздух в смерче вращается и одновременно поднимается по спирали вверх, втягивая пыль или поду. Скорость вращения может достигать 330 м/с. В связи с тем, что внутри вихря давление уменьшается, то происходит конденсация водяного пара. При наличии пыли и воды смерч становится видимым.
Диаметр смерча над морем измеряется десятками метров, над сушей — сотнями метров.
Смерч возникает обычно в теплом секторе циклона и движется вместо <• циклоном со скоростью 10-20 м/с.
Смерч проходит путь длиной от 1 до 40-60 км. Смерч сопровождается грозой, дождем, градом и, если достигает поверхности земли, почти всегда производит большие разрушения, всасывает в себя воду и предметы, встречающиеся на его пути, поднимает их высоко вверх и переносит на большие расстояния. Предметы в несколько сотен килограммов легко поднимаются смерчем и переносятся на десятки километров. Смерч на море представляет опасность для судов.
Смерчи над сушей называются тромбами, в США их называют торнадо.
Как и ураганы, смерчи опознают со спутников погоды.