Proteção contra raios de edifícios e instalações

A descarga de descargas atmosféricas de eletricidade atmosférica pode causar danos de isolamento, acidentes em instalações elétricas, acidentes com pessoas e destruição de edifícios e estruturas.

A aparição de um raio

Quando o sol aquece a superfície da terra, surgem correntes ascendentes de ar saturadas com vapor d'água. Partículas de água menores são carregadas negativamente, as maiores são carregadas positivamente.

Sob a influência do vento e da gravidade, ocorre uma separação de partículas com cargas opostas. Partículas de água em nuvens que atingem uma altura de mais de 5 km congelam e colapsam. Cristais carregados positivamente estão localizados na parte superior da nuvem, a uma altura de 5 a 7 km, carregados negativamente - a uma altura de 2 a 5 km. Como resultado da separação de cargas nas nuvens, os chamados são formados. Cargas espaciais e diferentes partes da nuvem de tempestade têm diferentes valores e sinais de carga. Cargas da parte inferior da nuvem causam cargas de sinal oposto no solo.

Entre as nuvens e o solo, bem como entre diferentes partes da nuvem ou entre diferentes nuvens, surgem campos de alta intensidade – várias dezenas de milhares de volts por centímetro. Com uma intensidade de campo de cerca de 30 kV / cm, ocorre a ionização do ar, começa um avanço - a chamada descarga líder (um canal de brilho fraco com um diâmetro de 10–20 m), movendo-se a uma velocidade média de 200– 300 km/seg.

Sob a ação do campo, cargas no solo — em áreas com condutividade aumentada (lugares úmidos, camadas eletricamente condutoras, etc.) a planície, etc. .) — ​​mova-se em direção ao motorista.

O condutor é direcionado para o objeto em relação ao qual a tensão do campo elétrico é maior e então ocorre uma poderosa contra-descarga, propagando-se a uma velocidade comparável à velocidade da luz (Fig. 1). Além disso, em menos de um décimo de milésimo de segundo, uma corrente que atinge centenas de milhares de amperes passa pela estrutura afetada, sob a influência da qual o plasma aquece até várias dezenas de milhares de graus e começa a brilhar intensamente.

O efeito de luz da ejeção é percebido como um raio, e a expansão explosiva do ar no canal de exaustão produz um efeito sonoro - um trovão.

Arroz. 1. Esquema do processo de eletrificação de uma nuvem de tempestade e desenvolvimento de uma descarga atmosférica em direção a um objeto terrestre.

As medições mostram que aproximadamente 3/4 das descargas se originam das partes carregadas negativamente da nuvem e 1/4 das descargas das áreas carregadas positivamente. Após a primeira, várias outras descargas consecutivas podem aparecer.

As descargas atmosféricas são caracterizadas pelos seguintes parâmetros:

• amplitude da corrente — a corrente observada com mais frequência é 10–30 kA, em 5–6% das medições a corrente atinge 100–200 kA;

• comprimento da frente de onda — a duração do aumento da corrente do raio até seu valor máximo (geralmente 1,5-2 μs).

Com muito menos frequência, observa-se um raio globular, que é uma bola de plasma brilhante com um diâmetro de até meio metro, movendo-se lentamente sob a influência das correntes de ar na superfície da Terra. O raio globular penetra nos edifícios através de chaminés, janelas, portas.

Se o raio globular tocar um organismo vivo, haverá ferimentos fatais, ocorrerão queimaduras graves e, ao entrar em contato com estruturas, ocorrerá explosão e destruição mecânica de objetos. A natureza do raio globular ainda não é bem compreendida.

Impacto das descargas atmosféricas em edifícios e estruturas

Um raio direto causa a divisão de suportes, fusão de estruturas, ignição e explosão, destruição mecânica, aquecimento inaceitável de estruturas metálicas devido a raios que passam por elas no solo. De acordo com dados operacionais, um raio queima uma chapa de 4 mm de espessura.

A indução eletrostática se manifesta na criação de um alto potencial em estruturas e fios metálicos isolados, o que leva à destruição do solo, que por sua vez pode causar choque elétrico em pessoas, ignição e explosão de misturas explosivas, bem como danos ao isolamento em instalações elétricas .

A indução eletromagnética se manifesta na indução durante a corrente de descarga em estruturas metálicas expandidas e comunicações (vigas, trilhos, tubulações, etc.), isoladas umas das outras e do solo, o que pode causar uma faísca ou arco.

No caso de uma descarga atmosférica, também são introduzidos altos potenciais ao longo das estruturas externas de aterramento e comunicações.

Edifícios e instalações, dependendo de sua finalidade e da intensidade da atividade do raio na área de sua localização, devem ser protegidos contra danos causados ​​por raios ou efeitos secundários causados ​​por descargas atmosféricas.

O território dos Urais a Krasnoyarsk e ao sul de Krasnoyarsk, de Krasnoyarsk a Khabarovsk, pertence a áreas com duração média de atividade de tempestade de 40 a 60 horas. Na região ao norte de Krasnoyarsk, de Krasnoyarsk a Nikolaevsk-on-Amur, a duração média da atividade da tempestade é de 20 a 40 horas. O aumento da atividade de tempestades de 60 para 80 horas por ano é observado nas regiões do Alto Altai (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). A proteção contra raios de edifícios e estruturas deve ser realizada de acordo com projetos desenvolvidos por organizações especializadas.

Proteção contra raios diretos. Área de cobertura do pára-raios

A ação dos dispositivos de proteção contra raios consiste no fato de que um pára-raios de metal que se eleva sobre ele é instalado próximo ao objeto protegido, conectado de maneira confiável ao solo. Quando ocorre uma descarga atmosférica, o condutor que corre para o solo se aproxima do ponto mais alto de aumento da condutividade (a parte superior do pára-raios aterrado serve como tal ponto) e a descarga ocorre no pára-raios, contornando o objeto protegido.

A zona de proteção de um pára-raios de haste única de altura h é um cone de altura 0,92 h com uma base na forma de um círculo com um raio de 1,5 h (Fig. 2).

Todas as estruturas que se encaixam no cone serão protegidas de um raio direto com uma confiabilidade de pelo menos 95% (Zona B).Dentro de um cone com altura de 0,85 horas e raio de base de 1,1 horas, a confiabilidade da proteção é de 99,5%. (Zona A).

Arroz. 2. Zonas de proteção contra raios de haste única. A — zona de proteção com 99,5% de confiabilidade; B — zona de proteção com 95% de confiabilidade; 1 — pára-raios; 2 — objeto protegido.

Se a área do local for maior que a área protegida, é necessário aumentar a altura do pára-raios ou instalar vários pára-raios.

Proteção contra efeitos secundários de raios

A principal medida para combater a ocorrência de altos potenciais em edifícios ou estruturas devido à indução eletrostática durante as descargas atmosféricas é o aterramento de todos os elementos condutores da edificação.

Para remover a influência Indução eletromagnética em elementos metálicos alongados (oleodutos, estruturas metálicas, etc.), estes últimos são conectados de forma confiável com pontes metálicas.

Para eliminar a transferência de altos potenciais através de comunicações aéreas e subterrâneas, as entradas das redes de energia, rádio, sinalização e comunicação são implementadas por cabos e limitadores de válvulas (por exemplo, RVN-0.5) e centelhadores, que são acionados quando o aumentos de tensão são instalados.