Вход

Физическая природа и опасные факторы атмосферного электричества

Контрольная работа по безопасности жизнедеятельности
Дата добавления: 17 апреля 2007
Язык контрольной: Русский
Word, rtf, 786 кб (архив zip, 88 кб)
Контрольную можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

Физическая природа и опасные факторы атмосферного электричества


Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках — образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состоянии.

Площадь океанов и морей составляет 71 % поверхности земного шара. Каждый 1 см2 поверхности Земли в те­чение года в среднем получает 460 кДж солнечной энергии. Подсчитано, что из этого количества 93 кДж/(см*год) расходуется на испарение воды с по­верхности водных бассейнов. Подни­маясь вверх, водяные пары охлаждают­ся и конденсируются в мельчайшую во­дяную пыль, что сопровождается выде­лением теплоты парообразования (2260 кДж/л). Образовавшийся избы­ток внутренней энергии частично расхо­дуется на эмиссию частиц с поверхности мельчайших водяных капелек. Для от­

деления от молекулы воды протона (Н) требуется 5,1 эВ, для отделения электрона —12,6 эВ, а для отделения молекулы от кристалла льда достаточно 0,6 эВ, поэтому основными эмитируемы­ми частицами являются молекулы воды и протоны. Количество эмитируемых протонов пропорционально массе час­тиц. Результирующий поток протонов всегда направлен от более крупных ка­пелек к мелким. Соответственно более крупные капельки приобретают отрица­тельный заряд, а мелкие — положи­тельный. Чистая вода — хороший диэ­лектрик и заряды на поверхности капе­лек сохраняются длительное время. Бо­лее крупные тяжелые отрицательно за­ряженные капельки образуют нижний отрицательно заряженный слой облака. Мелкие легкие капельки объединяются в верхний положительно заряженный слой облака. Электростатическое притя­жение разноименно заряженных слоев поддерживает сохранность облака как целого.

Эмиссия протонов возникает допол­нительно при кристаллизации водяных частиц (превращении их в снежинки, градинки), так как при этом выделяет­ся теплота плавления, равная 335 кДж/л. При соударениях капелек, снежинок, градинок работа ветра в ко­нечном счете приводит к эмиссии прото­нов, к изменению величины заряда час­тиц. Следовательно, атмосферное элект­ричество (АтЭ) и статическое электри­чество (СтЭ) имеют одинаковую физи­ческую природу. Различаются они масштабом образования зарядов и зна­ком эмитируемых частиц (электроны или протоны).

О единстве природы АтЭ и СтЭ сви­детельствуют опытные данные. Сухой снег представляет собой типичное сыпу­чее тело; при трении снежинок друг о друга и их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться, что и происходит в действительности. Наблюдения на Крайнем Севере и в Си­бири показывают, что при низких темпе­ратурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, в облаках снежной пыли бывают видны синие и фиолетовые вспышки, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень ;ильные метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подк:лючаемые к ним электролампочки светятся полным накалом. Те же явления наблюдаются во время сильных пыльных (песчанных) бурь.

Наличие множества взаимодействующих факторов дает сложную картину распределения зарядов АтЭ в обла­ках и их частях. По экспериментальным данным нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, а верхняя — положительный, но может иметь место и противоположная полярность частей облака. Облака могут также нести преимущественно заряд одного знака.

Заряд облака (части облака) образуют мельчайшие одноименно заряженные частицы воды (в жидком и твердом состоянии), размещенные в объеме нескольких км3.

Электрический потенциал грозового облака составляет десятки миллионов вольт, но может достигать 1 млрд. В. Однако общий заряд облака равен нескольким кулонам.

Основной формой релаксации заря­дов АтЭ является молния— электрический разряд между облаком и землей или между облаками (частями облаков). Диаметр канала молнии равен примерно 1 см, ток в канале молнии составляет десятки килоампер, но может достигать 100 кА, температура в канале молнии равна примерно 25 000°С, продолжительность разряда составляет доли секунды.

Молния является мощным поражающим опасным фактором. Прямой удар молнии приводит к механическим раз-рушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызывает пожары и взрывы, является прямой или косвенной причиной гибели людей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и вещества в пар высокого давления на путях протекания тока молнии в названных объектах. Прямой удар молнии называют первичным воз­действием атмосферного электричества.

К вторичному воздействию АтЭ относят: электростатическую и электро­магнитную индукции; занос высоких по­тенциалов в здания и сооружения.

Рассмотрим опасные факторы вто­ричного воздействия АтЭ. Образовав­шийся электростатический заряд обла­ка наводит (индукцирует) заряд проти­воположного знака на предметах, изо­лированных от земли (оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши зданий, провода ЛЭП, радиосети и т. п.). Эти заряды сохраняются и пос­ле удара молнии. Они релаксируют обычно путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. В этом заключается опас­ность электростатической индукции.

Явление электромагнитной индукции заключается в следующем. В канале молнии протекает очень мощный и быст­ро изменяющийся во времени ток. Он создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле индуциру­ет в металлических контурах электро­движущую силу разной величины. В местах сближения контуров между ни­ми могут происходить электрические разряды, способные воспламенить го­рючие смеси и вызвать электротравма­тизм.

Занос высоких потенциалов в здание происходит в результате прямого удара молнии в металлокоммуникации, распо­ложенные на уровне земли или над ней вне зданий, но входящие внутрь зданий. Здесь под металлокоммуникациями по­нимают рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП и т. п. Зане­сение высоких потенциалов внутрь зда­ния сопровождается электрическими разрядами на заземленное оборудова­ние, что может привести к воспламене­нию горючих смесей и электротравма­тизму людей.





ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА


Требуемая степень защиты зданий, сооружений и открытых установок от воздействия атмосферного электричества зависит от взрывопожароопасности названных объектов и обеспечивается правильным выбором категории устрой­ства молниезащиты и типа зоны за­щиты объекта от прямых ударов молнии.

Степень взрывопожароопасности объектов оценивается по классифика­ции Правил устройства электроустано­вок (ПУЭ). Инструкция по проектиро­ванию и устройству молниезащиты СН 305— 77 устанавливает три категории устройства молниезащиты (I, II, III) и два типа (А и Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5 % молний, а типа Б — не менее 95 %.

По I категории организуется защита объектов, относимых по класси­фикации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов В-1 и В-П (см. гл. 20). Зона защиты для всех объектов (независимо от места расположения объекта на тер­ритории СССР и от интенсивности гро­зовой деятельности в месте расположе­ния) применяется только типа А.

По II категории осуществляет­ся защита объектов, относимых по клас­сификации ПУЭ к взрывоопасным зо­нам классов В-1а, В-16 и В-Па. Тип зоны защиты при расположении объектов в местностях со средней грозовой дея­тельностью 10 ч и более в год определя­ется по расчетному количеству N пора­жений объекта молнией в течение года:

при N<=1 достаточна зона защиты ти­па Б; при N> 1 должна обеспечивать­ся зона защиты типа А. Порядок расче­та величины N показан в нижеприведен­ном примере. Для наружных технологи­ческих установок и открытых складов, относимых по ПУЭ к зонам класса В-1г, на всей территории СССР (без расчета N) принимается зона защиты типа Б.

По III категории организуется защита объектов, относимых по ПУЭ к пожароопасным зонам классов П-1, П-2 и П-2а. При расположении объек­тов в местностях со средней грозовой деятельностью 20 ч и более в год и при N> 2 должна обеспечиваться зона за­щиты типа А, в остальных случаях — типа Б. По III категории осуществляется также молниезащита общественных и жилых зданий ,башен, вышек, труб, предприятий, зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения. Тип зоны защиты этих объектов определяет­ся в соответствии с указаниями СН 305—77.

Объекты I и II категорий устройст­ва молниезащиты должны быть защи­щены от всех четырех видов воздейст­вия атмосферного электричества, а объекты III категории — от прямых ударов молнии и от заноса высоких по­тенциалов внутрь зданий и сооружений.

Защита от электростатической ин­дукции заключается в отводе индуци­руемых статических зарядов в землю путем присоединения металлического оборудования, расположенного внутри и вне зданий, к специальному заземлителю или к защитному заземлению электроустановок; сопротивление заземлителя растеканию тока промыш­ленной частоты должно быть не бо­лее 10 Ом.

Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами и дру­гими протяженными металлокоммуни­кациями в местах их сближения на рас­стояние 10 см и менее через каждые 20 м устанавливают (приваривают) метал­лические перемычки, по которым наве­денные токи перетекают из одного кон­тура в другой без образования электри­ческих разрядов между ними.

Защита от заноса высоких потен­циалов внутрь зданий обеспечивается отводом потенциалов в землю вне зда­ний путем присоединения металлоком­муникации на входе в здания к заземлителям защиты от электростатической индукции или к защитным заземлениям электроустановок.

Для защиты объектов от прямых ударов молнии сооружаются молниеот-воды, принимающие на себя ток молнии и отводящие его в землю.

Объекты I категории молниезащиты защищают от прямых ударов молнии отдельно стоящими стержневыми, тро­совыми молниеотводами или молниеотводами, устанавливаемыми на защищаемом объекте, но электрически изолированными от него.



Отдельно стоящий стержневой молниеотвод (рис. 18.5, а) состоит из опоры 1 (высотой до 25 м — из дерева, до 5м — из металла или железобетона), молниеприемника 2 (стальной профиль сечением не менее 100 мм2), токоотвода 3 (сечением не менее 48 мм2) и заземлителя 4. Зона защиты молниеотвода представляет собой объем конуса, высота которого равна 0,8*5 им для зоны, типа А и 0,92 им — типа Б (им — высота молниеотвода). На уровне земли зона защиты образует круг радиусом Го;

,ля зоны типа А го==(1,1—0,002/1м)Ам, ,ля зоны типа Б Го==1,5/1м.

В тросовом молниеотводе (рис. 18.5, б) в качестве молниеприемника используется

горизонтальный трос, который закрепляется на двух опорах. Токоотводы присоединяются к обоим кон­цам троса, прокладываются по опорам и присоединяются каждый к отдельному заземлителю.

При установке молниеотвода на здании должно быть обеспечено безопасное расстояние Sв по воздуху между токоотводом и защищаемым объектом, исключающее возможность электроразряда между ними (рис. 18.5, в). Кроме того, для предупреждения заноса высо­ких потенциалов через грунт должно быть обеспечено безопасное расстояние Sз между заземлителем и металлокоммуникациями , входящими в здание (см. рис. 18.5, а); оно определяется по фор­муле Sз==0,5 Rи и должно быть не ме­нее 3 м; Rн — импульсное электросопро­тивление заземлителя.

Импульсное электросопротивление заземлителя для каждого токоотвода на объектах I категории защиты должно быть не более 10 Ом.

Типовые конструкции заземлителей, удовлетворяющие этому требованию, приведены в инструкции СН 305—77.

Для защиты от ударов молнии объектов II категории применяют от­дельно стоящие или установленные на защищаемом объекте не изолированные от него стержневые и тросовые молниеотводы. Допускается использование в качестве молниеприемника металличес­кой кровли здания или молниеприемной сетки (из проволоки диаметром 6...8 мм и ячейками 6Х6 м), накладываемой на неметаллическую кровлю (рис. 18.5, г).

В качестве токоотводов рекомендуется использовать металлические конструк­ции зданий и сооружений, вплоть до пожарных лестниц на зданиях. Им­пульсное сопротивление каждого зазем­лителя должно быть не более 10 Ом, для наружных установок — не более 50 Ом.

Защита объектов III категории от прямых ударов молнии организуется так же, как для объектов II категории, но требования к заземлителям ниже:

импульсное электросопротивление каж­дого заземлителя не должно превышать 20 Ом, а при защите дымовых труб, во­донапорных и силосных башен, пожар­ных вышек—50 Ом.


2



© Рефератбанк, 2002 - 2017