מיגון ברקים של מבנים ומתקנים

פריקת ברק מחשמל אטמוספרי עלולה לגרום לנזקי בידוד, תאונות במתקני חשמל, תאונות עם אנשים והרס מבנים ומבנים.

הופעת ברק

כאשר השמש מחממת את פני כדור הארץ, עולים זרמי אוויר רוויים באדי מים כלפי מעלה. חלקיקי מים קטנים יותר טעונים שלילי, גדולים יותר טעונים חיובית.

בהשפעת הרוח והכבידה מתרחשת הפרדה של חלקיקים בעלי מטען הפוך. חלקיקי מים בעננים המתנשאים לגובה של יותר מ-5 ק"מ קופאים וקורסים. גבישים בעלי מטען חיובי ממוקמים בחלק העליון של הענן, בגובה של 5-7 ק"מ, טעונים שלילי - בגובה של 2-5 ק"מ. כתוצאה מהפרדה של מטענים בעננים, מה שנקרא נוצרים. למטענים בחלל ולחלקים שונים של ענן הרעם יש ערכי מטען וסימנים שונים. מטענים מתחתית הענן גורמים למטענים של הסימן ההפוך על הקרקע.

בין העננים לאדמה, כמו גם בין חלקים שונים של הענן או בין עננים שונים, עולים שדות בעוצמה גבוהה - כמה עשרות אלפי וולט לסנטימטר. בעוצמת שדה של כ-30 קילו וולט / ס"מ, מתרחשת יינון האוויר, מתחילה פריצת דרך - מה שנקרא פריקת מנהיג (ערוץ זוהר עמום בקוטר של 10-20 מ'), הנעה במהירות ממוצעת של 200- 300 ק"מ לשנייה.

תחת פעולת השדה, מטענים על הקרקע - באזורים עם מוליכות מוגברת (מקומות רטובים, שכבות מוליכות חשמלית וכו') או עם עצמים גבוהים (גבעות, ארובות, מגדלי מים, עמודים, קווי חשמל, עצים, מבנים עצמאיים על המישור וכו' .) - לנוע לעבר הנהג.

המוליך מופנה אל העצם שביחס אליו מתח השדה החשמלי הוא הגדול ביותר ואז מתרחשת פריקה נגדית חזקה המתפשטת במהירות השווה למהירות האור (איור 1). בנוסף, תוך פחות מעשרת אלפים שניה עובר במבנה הפגוע זרם המגיע למאות אלפי אמפר, שבהשפעתו מתחממת הפלזמה לכמה עשרות אלפי מעלות ומתחילה לזהור בבהירות.

אפקט האור של הפליטה נתפס כברק, וההתפשטות הנפיצה של האוויר בתעלת הפליטה מייצרת אפקט קול - רעם.

אורז. 1. סכמטי של תהליך חשמול של ענן רעמים והתפתחות פריקת ברק לעבר עצם קרקע.

מדידות מראות שכ-3/4 מההפרשות מקורן בחלקים הטעונים שלילי של הענן, ו-1/4 מההפרשות מהאזורים הטעונים בחיוב. לאחר הראשון, עשויות להופיע עוד כמה פריקות רצופות.

פריקות ברק מאופיינות בפרמטרים הבאים:

• משרעת זרם - הזרם הנצפה ביותר הוא 10-30 kA, ב-5-6% מהמדידות הזרם מגיע ל-100-200 kA;

• אורך חזית הגל - משך עליית זרם הברק לערכו המקסימלי (בדרך כלל 1.5-2 מיקרון).

לעתים רחוקות יותר, נצפה ברק כדורי, שהוא כדור פלזמה זוהר בקוטר של עד חצי מטר, הנע באיטיות בהשפעת זרמי אוויר על פני כדור הארץ. ברק כדורי חודר למבנים דרך ארובות, חלונות, דלתות.

אם ברק כדורי נוגע באורגניזם חי, יש פציעות קטלניות, מתרחשות כוויות קשות, ובמגע עם מבנים מתרחשים פיצוץ והרס מכני של עצמים. טבעו של ברק כדורי עדיין לא מובן היטב.

השפעת ברק על מבנים ומבנים

פגיעת ברק ישירה גורמת לפיצול תומכים, התכה של מבנים, התלקחות ופיצוץ, הרס מכני, חימום בלתי מתקבל על הדעת של מבני מתכת מברק העובר דרכם אל הקרקע. על פי נתונים תפעוליים, ברק בוער דרך מתכת בעובי של 4 מ"מ.

אינדוקציה אלקטרוסטטית מתבטאת ביצירת פוטנציאל גבוה על מבנים וחוטי מתכת מבודדים, מה שמוביל להרס הקרקע, אשר בתורו עלול לגרום להתחשמלות לאנשים, הצתות והתפוצצות של תערובות נפץ, כמו גם נזק ל בידוד במתקני חשמל .

אינדוקציה אלקטרומגנטית מתבטאת באינדוקציה בזמן פריקה על מבני מתכת מורחבים ותקשורת (קורות, מסילות, צינורות וכו'), מבודדים זה מזה ומהאדמה, מה שעלול לגרום לניצוץ או קשת.

במקרה של פריקת ברק, פוטנציאלים גבוהים מוכנסים גם לאורך מבני קרקע ותקשורת חיצוניים.

מבנים ומתקנים, בהתאם לייעודם ולעוצמת פעילות הברקים באזור מיקומם, חייבים להיות מוגנים מפני נזקי ברק או השפעות משניות הנגרמות מפריקת ברק.

השטח מאוראל ועד קרסנויארסק ומדרום לקרסנויארסק, מקרסנויארסק ועד חברובסק שייך לאזורים עם משך פעילות ממוצע של סופות רעמים של 40 עד 60 שעות. באזור שמצפון לקרסנויארסק, מקרסנויארסק ועד ניקולייבסק-און-אמור, משך הפעילות הממוצע של סופות רעמים הוא בין 20 ל-40 שעות. פעילות מוגברת של סופות רעמים מ-60 ל-80 שעות בשנה נצפית באזורי אלטאי העליון (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). הגנת ברקים של מבנים ומבנים חייבת להתבצע על פי פרויקטים שפותחו על ידי ארגונים מיוחדים.

הגנה מפני פגיעות ברק ישירות. אזור כיסוי של מטה ברקים

פעולתם של התקני הגנה מפני ברקים מורכבת מהעובדה שמוט ברק מתכתי המתנשא מעליו מותקן ליד האובייקט המוגן, המחובר באופן אמין לקרקע. כאשר מתרחשת פריקת ברק, המוליך הדוהר לקרקע מתקרב לנקודה הגבוהה ביותר של מוליכות מוגברת (החלק העליון של מטה הברק המוארק משמש כנקודה כזו) והפריקה מתרחשת למוט הברק, עוקפת את האובייקט המוגן.

אזור ההגנה של מוט ברק חד-מוט בגובה h הוא חרוט בגובה 0.92 שעות עם בסיס בצורת מעגל ברדיוס של 1.5 שעות (איור 2).

כל המבנים שישתלבו בקונוס יהיו מוגנים מפני פגיעת ברק ישירה באמינות של לפחות 95% (אזור B).בתוך קונוס בגובה של 0.85 שעות ורדיוס בסיס של 1.1 שעות, אמינות ההגנה היא 99.5%. (אזור A).

אורז. 2. אזורי הגנה מפני ברקים מוט בודד. A - אזור הגנה עם אמינות של 99.5%; B - אזור הגנה עם אמינות של 95%; 1 - מוט ברק; 2 - חפץ מוגן.

אם שטח האתר גדול יותר מהשטח המוגן, יש צורך להגדיל את גובה הברקים או להתקין מספר ברקים.

הגנה מפני השפעות משניות של ברק

האמצעי העיקרי להילחם בהתרחשות של פוטנציאלים גבוהים בבניינים או מבנים עקב אינדוקציה אלקטרוסטטית במהלך פריקות אטמוספריות הוא הארקה של כל האלמנטים המוליכים של הבניין.

כדי להסיר השפעה השראות אלקטרומגנטית באלמנטים מתכתיים מוארכים (צינורות, מבני מתכת וכו'), האחרונים מחוברים באופן אמין עם גשרי מתכת.

על מנת לבטל העברת פוטנציאלים גבוהים באמצעות תקשורת אווירית ותת-קרקעית, כניסות הכוח, הרדיו, האותות והתקשורת מיושמות באמצעות מגבילי כבלים ושסתומים (לדוגמה, RVN-0.5) ופערי ניצוצות, המופעלים כאשר מותקנות עליות מתח.