Защита от атмосферного электричества. Статическое и атмосферное электричество

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.

Защита от статического и атмосферного электричества, молниезащита.
Статическое электричество – совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией зарядов. Заряды возникают при трении, дроблении, облучении УФ, химических реакциях. Длительное время заряды сохраняются на поверхности полупроводников и диэлектриков с удельным сопротивлением ρ≥105 Ом*м. релаксация зарядов происходит в следующих формах – растекание по поверхности и в объёме тела, стекание зарядов с поверхности тела в воздух. Опасность статического электричества заключается в возможности воспламенения горючих смесей, находящихся в помещении. Меры защиты:
1.снижение силового воздействия
2.снижение скоростей перемещения слоёв сыпучих материалов и жидкостей
3.изготовление контактирующих тел из материалов с близким удельным сопротивлением
4.нанесение на поверхность токоведущих тел лакокрасочных покрытий
5.обработка антистатиками
6.увеличение относительной влажности выше 65%
7.заземление оборудования
8.ионизация воздуха вблизи мест образования зарядов с помощью нейтрализаторов различного типа
9.токопроводящая обувь, полы, обивки стульев
10.легкосъёмные токопроводящие браслеты
Поражающие факторы атмосферного электричества.
1.прямой удар молнией и защита с помощью молниеотводов
2.явление электромагнитной индукции, т.е. вследствие возникновения, мощного переменного во времени электрического поля, способного индуцировать ЭДС различной величины в металлических конструкциях, при сближении которых могут происходить электрические разряды на заземлённые предметы, след-но, возникновение опасного электротравматизма, воспламенение горючих смесей и т.п. для защиты в местах сближения металлических конструкций до 20 см между ними необходимо устраивать металлические перемычки
3.электростатическая индукция, т.е. наведение заряда противоположного знака по сравнению с зарядом облака на металлических предметах, изолированных от земли. Релаксация зарядов с этих предметов происходит на ближайшие заземлённые предметы, след-но, электротравматизм, воспламенение.
4.занос высоких потенциалов по металло-комуникациям, входящих в здание. Защита: заземление крюков фазных проводов.
Все здания по опасности поражения молнией подразделяются на 3 категории:
--здания, в которых находятся горючие вещества, воспламенение которых может повлечь значительные разрушения и угрозу жизни людей. Т.е. здания, в которых есть помещения В-I и В-II.
---- воспламенение которых не может повлечь значительного ущерба, т.е. здания В-Iа, В-Iб, В-IIа.
- Все остальные
В зданиях 1 и 2 категории необходима защита от всех 4 поражающих факторов молниезащита типа А. В зданиях 3 категории необходимо устройство молниеотводов (А или Б) и защита от заноса высоких потенциалов. Молниеотводы бывают стержневые, сетчатые, сетчатые с ячейками 6х6, тросовые. Кроме того бывают одиночными и многократными.
1 – опора
2 – молниеприёмник
3 - токоотвод
4 – заземлитель

ЛЕКЦИЯ 7

Статическое электричество и условия его возникновения

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И
УСЛОВИЯ ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ
Статическое электричество - совокупность явлений,
связанных
с
возникновением,
сохранением
и
релаксацией свободного электрического заряда на
поверхности или в объеме диэлектриков или на
изолированных проводниках.
В процессе производства и эксплуатации изделий из
диэлектрических материалов практически всегда
возникает статическая электризация.
2
Диэлектриками называются такие вещества, в
которых не происходит передвижения зарядов под
действием электрического поля подобно тому, как это
имеет место в проводниках. Эти материалы оказывают
большое сопротивление прохождению через них
электрического тока.

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при
соприкосновении
двух
разнородных
веществ
из-за
различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы
выхода электрона из материалов).
При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и
газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся
поверхностях электрических слоёв с противоположными знаками
электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного
вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают
электроны от другого вещества.
Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей
зависит от ряда факторов - диэлектрических свойств материалов,
значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и
температуры поверхностей этих тел, климатических условий.
При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой
электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счет
совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов
возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.
3
Электрические разряды могут взаимно нейтрализоваться вследствие
некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности
воздуха более 85 % статическое электричество практически не
возникает.

Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если,
например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое
тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс.
Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая
после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд.
Накопителем минус-заряда нередко
являются полиэтиленовые пакеты,
полистироловый пенопласт. Накопителем
плюс-заряда может являться сухая
полиуретановая монтажная пена, если
её сжать рукой.
Когда человек, тело которого
наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например
трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально
4
разрядится, а человек получит легкий удар током.

Электростатический разряд происходит при очень
высоком напряжении и чрезвычайно низких токах.
Даже простое расчесывание волос в сухой день может
привести к накоплению статического заряда с
напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его
освобождения будет настолько мал, что его зачастую
невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие
значения тока не дают статическому заряду нанести
человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.
5
С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны
для элементов различных электронных приборов микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при
работе
с
радиоэлектронными
компонентами
рекомендуется принимать меры по предотвращению
накопления статического заряда.

Возникновение зарядов статического электричества
происходит
при
транспортировании,
сушке,
деформации, дроблении, разбрызгивании веществ,
смешении материалов, переработке и эксплуатации,
под воздействием шума, вибрации, звуковых и
ультразвуковых волн, облучения.
6
Заряды статического электричества могут возникнуть
при соприкосновении или трении твердых материалов,
при размельчении или пересыпании однородных и
разнородных
непроводящих
материалов,
при
разбрызгивании диэлектрических жидкостей, при
транспортировке сыпучих веществ и жидкостей по
трубопроводам и др.

Опасное действие статического электричества в промышленности

ОПАСНОЕ ДЕЙСТВИЕ СТАТИЧЕСКОГО
ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
7
Опасное действие статического электричества
проявляется в возможности пожаров и взрывов от
электростатических зарядов. Пожары и взрывы
создают непосредственную угрозу жизни человека.
Известны случаи пожаров и взрывов, вызванных
разрядами статического электричества на танкерах,
при пневматической транспортировке сыпучих
веществ, загрузке топливозаправщиков и т.п.,
связанные с человеческими жертвами. Особенно
опасны разряды статического электричества в
помещениях,
резервуарах
и
аппаратах,
заполненных горючими паро- и газовоздушными
смесями

Неблагоприятно также воздействие статического
электричества на ряд технологических процессов в
ряде отраслей промышленности. Технологические
помехи нарушают нормальный ход того или иного
процесса,
приводят
к
снижению
производительности труда и браку продукции.
8
Человек
может
подвергаться
длительному
процессу электризации при контактировании с
различного рода предметами, выполненными из
материалов
с
высокими
диэлектрическим
свойствами. К числу подобных источников
электризации относятся: полы, ковры, ковровые
дорожки
из
синтетических
и
других
электронепроводящих материалов.

Действие статического электричества на человека
смертельной опасности не представляет, поскольку
сила тока составляет небольшую величину. Искровой
разряд статического электричества человек ощущает как
толчок или судорогу. При внезапном уколе может
возникнуть
испуг,
и
вследствие
рефлекторных
движений человек может сделать непроизвольно
движения, приводящие к падению с высоты, попаданию
в неограждённые части машин и др. Длительное
воздействие
статического
электричества
неблагоприятно отражается на состоянии здоровья.
9
Вызываемые
статическим
электричеством
неприятные ощущения могут явиться этиологическим
фактором неврастенического синдрома, головной боли,
плохого сна, раздражительности, неприятных ощущений
в области сердца и т.д.

10. Способы защиты от статического электричества

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ
СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Для предупреждения возможности возникновения опасных
искровых разрядов с поверхности оборудования, а также с
тела
человека
предусматривают
следующие
меры,
обеспечивающие
стекание
возникающих
зарядов
статического электричества:
отвод зарядов, достигаемый заземлением оборудования и
коммуникаций,
а
также
обеспечение
постоянного
электрического контакта тела человека с заземлением;
отвод зарядов, обеспечиваемый уменьшением удельных
объемных и поверхностных электрических сопротивлений.
Известны способы увеличения поверхностной и объемной
электропроводности для твердых и жидких диэлектриков;
10
поддержание влажности воздуха не менее 65-75%, если это
допустимо по условиям технологического процесса;

11.

химическая обработка поверхности электропроводными
покрытиями;
нанесение на поверхность антистатических
добавление
антистатических
присадок
в
диэлектрические жидкости;
веществ,
горючие
11
нейтрализация
зарядов,
достигаемая
применением
различных
типов
нейтрализаторов
(индукционных,
высоковольтных, высокочастотных, радиоактивных и др.).

12. Методы борьбы со статическим электричеством при обслуживании средств автоматики и связи, вычислительных машин и пультов

МЕТОДЫ БОРЬБЫ СО СТАТИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ
ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ СРЕДСТВ АВТОМАТИКИ И СВЯЗИ,
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ПУЛЬТОВ УПРАВЛЕНИЯ
Электронные полупроводниковые приборы весьма
чувствительны к электростатическим разрядам: для полевых
транзисторов с изолированным затвором и ИМС опасное
напряжение
составляет
30В,
для
маломощных
высокочастотных транзисторов – 200В. Полупроводниковые
приборы могут повреждаться не только избыточным
напряжением, но и избыточным током, причем персонал
может вызывать оба вида повреждений: как полем
статически заряженного человека, так и переходными токами,
протекающими при его прикосновении.
12
При отсутствии специальной защиты и наличии пластиковых
полов, мебели с покрытием из пластмасс и т.п. на человеке
могут генерироваться значительные потенциалы (до 15 кВ),
представляющие опасность не только для аппаратуры, но и
для персонала.

13.

Эффективным методом борьбы с электризацией является
применение проводящих материалов для покрытия полов,
рабочих
столов,
сидений
(саженаполненные
или
с
металлическими нитями пластмассы, резина).
Практически могут быть использованы маты, коврики, чехлы
и т.п., соединяемые с землей через сопротивление 1-100 МОм.
Персонал должен носить обувь, обеспечивающую контакт с
токопроводящим
полом,
и
антистатическую
одежду,
изготовленную из хлопка, обработанных антистатиком
синтетических материалов электропроводных тканей.
Длинные волосы должны быть убраны под головной убор,
каску.
13
В целях безопасности на случай прикосновения к
токоведущим частям необходимо применять браслеты
металлические
или
из
токопроводящей
ленты,
присоединяемые к земле через резистор 1-10 МОм.

14.

Бороться со статическим электричеством можно также
нанесением на поверхность антистатиков (поверхностноактивных веществ), а также ионизацией воздуха при
коронировании электродов, питаемых от высоковольтного
источника, нейтрализаторами.
14
Для контроля электризации целесообразно использовать
измерительные
приборы:
статические
вольтметры,
динамические электрометры.

15. Основные правила эксплуатации устройств защиты от разрядов статического электричества

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ
УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ РАЗРЯДОВ
СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Согласно
действующим
нормативным
документам,
ответственность за исправность устройств защиты от
статического электричества в цехе возлагается на начальника
цеха, а по заводу - на главного энергетика.
Для каждого цеха (с учетом специфических особенностей) в
технологические инструкции или инструкции по технике
безопасности должны быть включены разделы «Защита от
статического электричества» и «Эксплуатация устройств
защиты от статического электричества».
15
Осмотр и текущий ремонт защитных устройств необходимо
производить одновременно с осмотром и текущим ремонтом
всего технологического и электротехнического оборудования.
Заземляющие устройства при помощи приборов нужно
контролировать не реже одного раза в год. Результаты
ревизии и ремонтов заносятся в специальный журнал.

16. Природа возникновения атмосферного электричества

ПРИРОДА ВОЗНИКНОВЕНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Процессы разделения и накопления электрических зарядов в
облаках связаны с возникновением в них мощных
восходящих
воздушных
потоков,
с
интенсивной
конденсацией водяных паров и разбрызгиванием водяных
капель.
Образующаяся при разбрызгивании мелкая водяная пыль
заряжена отрицательно, а тяжелые капли – положительно.
Ветер разносит отрицательно заряженную водяную пыль,
которая составляет основной массив грозового облака.
16
Крупные положительно заряженные капли воды выпадают в
виде дождя на землю или удерживаются во взвешенном
состоянии,
образуя
в
облаке
местное
скопление
положительных зарядов.

17.

В большинстве случаев нижняя часть грозовых облаков
заряжается
отрицательно,
а
на
поверхности
земли
индуктируются положительные заряды. Так образуется как бы
гигантский заряженный конденсатор, одной обкладкой
которого служит грозовое облако, а второй – земля.
По мере концентрации зарядов увеличивается напряженность
электрического поля этого конденсатора и, когда она
достигает критической величины (около 300 В/м), создаются
условия для развития молнии.
Воздействия разрядов молнии могут быть двух видов:
во-первых, молния может поражать здания и установки
непосредственно; такое поражение называется прямым
ударом молнии (первичным воздействием);
17
во-вторых, молния может оказывать вторичные воздействия,
объясняемые
электростатической
и
электромагнитной
индукцией, а также заносом высоких потенциалов через
надземные и подземные металлические коммуникации.

18. Классификация зданий и сооружений по степени опасности их поражения молнией

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ИХ ПОРАЖЕНИЯ
МОЛНИЕЙ
Классификация зданий и сооружений по степени опасности
их поражения молнией и выбору необходимых мер
молниезащиты
учитывает
вероятность
возникновения
взрыва или пожара, а также масштабы возможных
разрушений. На основании «Инструкции по проектированию и
устройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД
34.21.122-87) все здания и сооружения подразделяются на три
категории:
II категория - здания и сооружения с взрывоопасными
зонами, относимыми по ПУЭ к классам В-Iа, В-Iб и В-IIа. Ко II
категории относятся также наружные установки, содержащие
взрывоопасные
газы
и
пары,
горючие
и
легковоспламеняющиеся жидкости (например, газгольдеры,
емкости, сливо-наливные эстакады, реакторы, абсорберы,
ректификационные колонны), относимые по ПУЭ к классу В-Iг.
18
I категория - здания и сооружения с взрывоопасными
зонами, относимыми по ПУЭ к классам В-I и В-II;

19.

19
III категория - здания и сооружения с производствами,
помещения которых по ПУЭ относятся к классам II-I, II-II, и II-IIа.
К III категории относятся также наружные установки,
относимые по ПУЭ к II-III классам; здания и сооружения III, IV и
V
степени
огнестойкости,
в
которых
отсутствуют
производства с помещениями, относимыми по ПУЭ к взрывои пожароопасным; производственные здания и сооружения
сельскохозяйственных предприятий; жилые и общественные
здания, здания детских лагерей, санаториев, больниц, клубов,
театров, дымовые трубы, водонапорные башни и др.

20.

Здания и сооружения I категории защищают отдельно
стоящими или изолированными стержневыми и тросовыми
молниеотводами.
Защита зданий и сооружений II категории от прямых ударов
молнии осуществляется, как правило, молниеотводами,
установленными на самом защищаемом объекте. Если
защищаемое здание имеет металлическую кровлю, то
последнюю можно использовать в качестве молниеприемника
при
условии
прокладки
специальных
токоотводов,
соединяющих кровлю с заземлителем. Защита зданий и
сооружений II категории с неметаллической кровлей может
быть
осуществлена
также
наложением
на
нее
молниеприемной сетки, выполненной из стальной проволоки
диаметром 6-8 мм.
20
Защита зданий и сооружений III категории может быть
выполнена молниеотводами любых систем. Для зданий с
металлической кровлей последнюю можно использовать в
качестве молниеприемника.

21.

Молниеотвод представляет собой возвышающееся над
защищаемым
объектом
металлическое
устройство,
воспринимающее прямой удар молнии и отводящее токи
молнии в землю.
Каждый молниеотвод, независимо от типа, состоит из
следующих
основных
элементов:
молниеприемника,
воспринимающего
прямой
удар
молнии,
несущей
конструкции,
предназначенной
для
установки
молниеприемника, токоотвода, обеспечивающего отвод тока к
заземлителю, и заземлителя, отводящего ток молнии в землю.
На металлических или железобетонных молниеотводах в
качестве токоотводов могут служить металлическая ферма
или стальная арматура несущей конструкции.
21
Защитное действие молниеотвода основано на свойстве
молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные
металлические сооружения.

22.

22

23.

Молниезащита деревянных домов осуществляется так же, как
и домов сельского типа, т.е. молниезащита дома с железной
крышей,
к
которому
подходят
провода
воздушной
электросети, выполняется заземлением крыши в двух
противоположных углах дома.
Для защиты кирпичной дымовой трубы по периметру верхней
ее грани прокладывается стальная проволока диаметром 8 –
10 мм, присоединяемая к крыше. Импульсное сопротивление
каждого заземлителя должно быть не более 20 Ом.
Для защиты дома с неметаллической крышей по коньку
крыши и пристройки прокладывается молниеприемник –
стальная проволока диаметром 8-10 мм к заземлителю.
Защита трубы осуществляется так, как было уже сказано.
23
Крюки изоляторов электропроводки на доме должны быть
отсоединены металлической проволокой с токоотводом,
идущим от крыши к заземлителю. Крюки также должны быть
заземлены на ближайшей к дому деревянной опоре линии.
Сопротивление заземления должно быть не более 20 Ом.

24.

24

25.

Линейные
молнии
представляют
собой
электрические разряды между облаками или между
облаком и землей.
Они происходят за десятитысячные доли секунды.
Обычно это разветвленные и ярко светящиеся
разряды,
сопровождающиеся
громом
и
протеканием тока на десятки и сотни километров.
Линейная молния наиболее опасна при прямом
ударе, который чаще всего происходит в предметы,
имеющие
большую
высоту,
чем
другие,
расположенные поблизости.
25
Однако молния может чаще ударять и в предметы,
которые находятся над зонами с хорошей
электрической
проводимостью
грунта:
места
выхода ключей, берега рек с близким к поверхности
расположением грунтовых вод.

26.

Поэтому
человеку,
застигнутому
грозой
на
холмистой местности, не следует находиться не
только на вершинах холмов, но и в лощинах.
Лучше переждать грозу на склоне холма, особенно
среди больших камней или у песчаных откосов, там
электрическое сопротивление грунта больше и
вероятность попадания молнии меньше.
Нельзя укрываться вблизи одиноко стоящих
деревьев, кустов, прислоняться к стогам сена,
купаться.
В лесу для укрытия надо пользоваться более
низкими деревьями, не прислоняясь к их стволам.
Во время грозы не следует ходить босяком.
присесть,
26
На открытом месте рекомендуется
накрывшись чем-нибудь, но не бежать.

27.

Шаровая молния. Иногда в атмосфере вблизи
земли наблюдается светящиеся тела, плавающие в
воздухе и известные под названием шаровых
молний. Они быстро появляются в конце грозы с
шипящим, свистящим или жужжащим звуком.
Эти молнии представляют собой шаровидные или
грушевидные тела из раскаленных газов диаметром
от нескольких миллиметров до 20 см красного или
ослепительно белого цвета.
27
Природа шаровой молнии не вполне изучена.
Предполагают, что это пламенное образование с
температурой
50000С.
Продолжительность
существования шаровой молнии составляет от
долей секунды до нескольких минут (среднее
время 3-5 с). Скорость движения шаровой молнии
около 2 м/с.

28.

Известны единичные случаи, когда шаровая молния проникала в
здание через узкую щель, в замочную скважину, по
электропроводке
или
просто
образовывались
внутри
помещения, однако чаще всего шаровые молнии проникают в
помещения через открытые окна или двери, щели и дымовые
трубы. Покружившись в помещении, шаровая молния обычно
покидает его по тому же пути, по которому она проникла в него.
Иногда шаровые молнии оседают на хорошо проводящие
предметы или катятся по ним.
Шаровая молния может прекратить свое существование
постепенно и тихо, но чаще она взрывается без видимой
причины или столкнувшись с чем-либо. Передвигаясь по телу
человека, иногда под одеждой, шаровая молния вызывает
тяжелые ожоги. В ряде случаев шаровая молния вызывала
сильные
разрушения
при
соприкосновении
с
хорошо
заземленными предметами.
Во время грозы следует закрывать окна, двери, печные трубы.
Однако достаточно надежных методов защиты от шаровой
молнии пока не предложено.
28
При взрыве шаровой молнии возникает воспламенение горючих
предметов, механические повреждения и иногда гибель людей.

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 см 2 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 виднысиние 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 км 3 .

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 разрушениям 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 защищаемомобъекте, но электрически изолированными от него.

Глава 1 управление безопасностью жизнедеятельности. Правовые и организационные основы

Предмет и содержание курса «Безопасность жизнедеятельности»

1.2. Научный метод курса бжд и связь с другими науками

1.3. Технический прогресс и новые проблемы безопасности жизнедеятельности. Проблемы технотронной цивилизации

1.4. Роль безопасности труда в повышении производительности труда и влияние его на экономические показатели производства

1.5. Экономические последствия и материальные затраты на охрану окружающей среды

1.6. Правовые и нормативно-технические основы безопасности жизнедеятельности

1.7. Организационные основы управления безопасностью жизнедеятельности

Государственный и общественный надзор по охране труда

1.9. Планирование и финансирование мероприятий по безопасности жизнедеятельности

1.10. Международное сотрудничество в области безопасности жизнедеятельности

Глава 2 основы физиологии труда и комфортные условия жизнедеятельности

2.1. Факторы, определяющие условия обитания человека

Классификация основных форм человеческой деятельности

2.3. Категорирование условий труда и работ

Показатели условий труда по трудовой нагрузке

Показатели условий труда по опасности

Показатели условий труда по вредности

2.4. Обеспечение комфортных условий труда: микроклимат помещения

2.5. Освещение производственных помещений. Искусственное и естественное освещение

Глава 3 производственный травматизм и профзаболевания

Производственный травматизм и профзаболевания: причины и способы снижения

3.2. Учет и расследование несчастных случаев на производстве

3.3. Размер вреда, подлежащего возмещению потерпевшему в результате трудового увечья

Глава 4 воздействие негативных факторов на человека и техносферу

4.1. Вредные вещества и методы защиты

4.2. Ионизирующие излучения

4.3. Электромагнитные поля

4.4. Электрический ток

4.5. Защита от статического и атмосферного электричества

4.6. Производственный шум

4.7. Производственные вибрации

Глава 5 пожаровзрывобезопасность на производстве

Пожарная безопасность производств: физика и химия горения, классификация процессов горения, теории горения, показатели горючести веществ

Категорирование помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

Категорирование пожаровзрывоопасности производственных помещений

5.3. Классификация взрыво- и пожароопасных зон

Классификация пожароопасных зон

Классификация взрывоопасных зон

5.4. Категории наружных установок по пожарной опасности

Категории наружных установок по пожарной опасности

5.5. Выбор взрыво- и пожарозащищенного электрооборудования

Категории взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом (гост 12.1.011-78 (1991))

Группы взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом по температуре самовоспламенения

Уровни взрывозащиты электрооборудования

Выбор температурных классов электрооборудования

5.6. Категорирование блоков по взрывоопасности

Категорирование технологических блоков

5.7. Принцип выбора средств тушения пожаров. Автоматические средства тушения пожаров

5.8. Способы оповещения о пожаре: извещатели и сигнализация

Глава 6 безопасность технологических процессов

6.1. Безопасность технологических процессов: этапы создания технологических процессов, потенциальные опасности, требования и направления безопасности

6.2. Технологический регламент и его содержание

6.3. Роль автоматизации для обеспечения безопасности

6.4. План локализации (ликвидации) аварийных ситуаций

Раздел 1. «Технология и аппаратурное оформление блока»;

6.6. Сосуды, работающие под давлением

Группы сосудов, работающих под давлением

6.7. Инженерно-технические средства защиты. Защитные устройства

6.8. Индивидуальные средства защиты

Глава 7 организация экологического контроля, надзора и управления в российской федерации

Экологичность технологических процессов

Создание безотходных технологических процессов

7.3. Экологический паспорт предприятия

7.4. Экологическая экспертиза и контроль экологичности и безопасности предприятия

Глава 8 чрезвычайные ситуации

8.1. Классификация чрезвычайных ситуаций

8.2. Природные чрезвычайные ситуации

Инфекционные заболевания людей

8.3. Чрезвычайные ситуации техногенного характера

8.4. Чрезвычайные ситуации химического характера

8.5. Чрезвычайные ситуации военного времени. Современные средства поражения

8.6. Ядерное оружие: общая характеристика, поражающее действие

8.7.Химическое оружие: общая характеристика, поражающее действие

Бактериологическое оружие: общая характеристика, поражающее действие

8.9. Перспективные виды оружия массового поражения

Организация защиты населения и территории в чрезвычайных ситуациях. План мероприятий для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций

Обеспечение устойчивости объектов при чрезвычайных ситуациях

Психологическая подготовка населения к чрезвычайным и экстремальным ситуациям

Организация оказания медицинской помощи при чрезвычайных ситуациях

Основные типы приборов для контроля требования безопасности жизнедеятельности

Законодательные и нормативно-правовые документы

2.1. Общие вопросы охраны природы

2.2. Трудовое законодательство

2.3. Общепринятые государственные стандарты

2.4. Санитарные и строительные нормы и правила

Рекомендуемая литература

4.5. Защита от статического и атмосферного электричества

Статическое электричество образуется в результате трения (соприкосновения или разделения) двух диэлектриков друг о друга или диэлектриков о металлы. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они получили название статического электричества.

Явление статической электризации наблюдается в следующих случаях:

в потоке и при разбрызгивании жидкости;

в струе газа или пара;

при соприкосновении и последующем удалении двух твердых разнородных тел (контактная электризация).

Электризация тела человека происходит при работе с наэлектризованными изделиями и материалами. Количество накопившегося на людях электричества может быть вполне достаточным для искрового разряда при контакте с заземленным предметом. Считается, что энергия разряда с тела человека достаточна для зажигания практически всех газо-, паровоздушных и некоторых пылевоздушных горючих смесей.

Действие статического электричества смертельной опасности для человека не представляет. Искровой разряд статического электричества человек ощущает как укол или судорогу. При внезапном уколе может возникнуть испуг и вследствие рефлекторных движений человек может непроизвольно сделать движения, приводящие к падению с высоты, попаданию в опасную зону машин и др.

Длительное воздействие статического электричества неблагоприятно отражается на здоровье работающего, отрицательно сказывается на его психофизическом состоянии.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей установлены ГОСТ 12.1.045-88 «Электрические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» и Санитарно-гигиеническими нормами допустимой напряженности электростатического поля (№ 1757-77).

Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются в зависимости от времени пребывания на рабочих местах. Предельно допустимый уровень напряженности электростатических полей устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 часа.

Защите от статического электричества подлежат все промышленные, опытно-промышленные и лабораторные установки, в которых применяются или получаются вещества, способные при перемещении или переработке подвергаться электризации, с образованием опасных потенциалов (вещества и материалы с удельным объемным сопротивлением выше 10 Ом∙м), а также взрыво- и пожароопасные производства, отнесенные по классификации «Правил устройства электроустановок» к классам В-I, В-Iа, В-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа. В помещениях и зонах, которые не относятся к указанным классам, защита должна осуществляться лишь на тех участках, где статическое электричество отрицательно влияет на технологический процесс и качество продукции.

Меры защиты от статического электричества:

предотвращение накопления зарядов на электропроводящих частях оборудования, что достигается заземлением оборудования и коммуникаций;

уменьшение удельных обычных и поверхностных электрических сопротивлений (увлажнение воздуха от 65% до 67%, если это допустимо по условиям технологического процесса; химическая обработка поверхности электропроводными покрытиями; нанесение на поверхность антистатических веществ; добавление антистатических присадок в горючие диэлектрические жидкости);

снижение интенсивности зарядов статического электричества (достигается подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания, дробления и распыления веществ, отводом электростатического заряда, подбором поверхностей трения);

отвод статического электричества, накапливающегося на людях;

устройство электропроводящих полов или заземленных зон, помостов и рабочих площадок, заземление ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов;

обеспечение работающих токопроводящей обувью, антистатическими халатами.

Мероприятия по защите от прямых ударов молнии

Молния – сильный искровой разряд между двумя облаками или между облаком и землей.

Виды ударов молнии:

прямые удары молнии на объект;

за счет распределения потенциалов (может поражаться соседний объект);

за счет индуктивного эффекта (может поражаться третий объект, например, через почву).

Вероятность поражения объекта молнией:

где А, В – длина и ширина здания, h– высота здания,n– коэффициент, учитывающий сколько раз может ударять молния в зависимости от климатического пояса.

Нижнекамск находится в IIIклиматическом поясе. 40 - 60 раз может ударить молния летом,n= 6.

Защита от прямых ударов молний зданий и сооружений с неметаллической кровлей должна быть выполнена отдельно стоящими или установленными на защищающем объекте стержневыми или тросовыми молниеотводами. При установке молниеотводов на объекте от каждого стержневого молниеприемника или каждой стойки тросового молниеприемника должно быть обеспечено не менее двух токоотводов. При уклоне кровли не более 1/8 может быть использована также молниеприемная сетка из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, прокладываемой в кровле здания. На зданиях и сооружениях с металлической кровлей в качестве молниеприемника должна использоваться сама кровля. При этом все выступающие неметаллические элементы должны быть оборудованы молниеприемниками.

Наружное установки, содержащие горячие сжиженные газы и легковоспламеняющиеся жидкости, должны быть защищены от прямых ударов молнии следующим образом:

корпуса установок из железобетона, металлические корпуса установок при толщине металла крыши менее 4 мм должны быть оборудованы молниеотводами, установленными на защищаемом объекте или отдельно стоящими молниеотводами;

металлические корпуса установок и отдельно стоящих резервуаров при толщине крыши 4 мм и более, а также отдельные резервуары объемом менее 200 м 3 независимо от толщины металла крыши, а также металлические кожуха теплоизолированных установок достаточно присоединить к заземлителю;

для резервуарных парков, содержащих сжиженные газы общим объемом более 8000 м 3 , а также для резервуарных парков с корпусами из металла и железобетона, содержащих горячие и лекговоспламеняющиеся жидкости, при общем объеме группы резервуаров более 100 тыс. м 3 защиту от прямых ударов молнии следует, как правило, выполнять отдельно стоящими молниеотводами;

для наружных установок в качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии следует использовать железобетонные фундаменты этих установок или опор отдельно стоящих молниеотводов либо выполнить искусственные заземлители, состоящие из одного вертикального или горизонтального электрода длиной не менее 5 м.

Для защиты зданий и сооружений от вторичных проявлений молний должны быть предусмотрены следующие мероприятия:

металлические корпуса всего оборудования должны быть присоединены к защищаемому устройству электроустановок, либо к железобетонному фундаменту здания;

внутри здания между трубопроводами и другими протяженными металлическими конструкциями в местах их взаимного сближения на расстоянии менее 10 см через каждые 30 м должны быть выполнены перемычки;

во фланцевых соединениях трубопроводов внутри здания должна быть обеспечена нормальная затяжка – не менее 4 болтов на каждый фланец.

Для защиты наружных установок от вторичных проявлений молнии металлические корпуса аппаратов должны быть присоединены к заземляющему устройству электрооборудования или к заземлителю защиты от прямых ударов молнии.

Искусственные заземлители следует располагать под асфальтовым покрытием либо в редкопосещаемых местах (на газонах, в удалении на 5 м и более от грунтовых проезжих и пешеходных дорог и т. п.) При этом для отдельно стоящих молниеотводов искусственный заземлитель должен быть не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом, при расстоянии между вертикальными электродами не менее 5 м.

Проверка состояния устройств молниезащиты должна проводиться 1 раз в год перед началом грозового сезона.

"