Главная » Полезности » От воздействия атмосферного статического электричества защищает. Статическое и атмосферное электричество

От воздействия атмосферного статического электричества защищает. Статическое и атмосферное электричество

Статическое электричество или электризация – это комплекс физических и химических процессов, приводящих к разделению в пространстве зарядов противоположных знаков или к накоплению зарядов одного знака. Суть электризации заключается в том, что нейтральные тела, не проявляющие в нормальном состоянии электрических свойств, в условиях контакта (трения, измельчения и т.д.) становятся электрозаряженными.

Заряды могут возникнуть при измельчении, пересыпании и пневмотранспортировке твердых материалов, при переливании, перекачивании по трубопроводам, перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей (бензина, керосина), при обработке диэлектрических материалов (эбонита, оргстекла), при сматывании тканей, бумаги, пленки (например, полиэтиленовой). При пробуксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов или ремня ременной передачи относительно шкива могут возникнуть электрические заряды с потенциалом до 45 кВ.

Опасность возникновения статического электричества проявляется в возможности образования эл. искры и вредном действии его на организм человека. Анализ причин пожаров на производствах показал, что почти 60% всех взрывов происходят по причине возникновения этого явления.

При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов небольшие и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению, падению человека с высоты.

Кроме того, при образовании зарядов с большим электрическим потенциалом вокруг них создается электрическое поле повышенной напряженности, которое вредно для человека. При длительном пребывании человека в таком поле наблюдаются функциональные изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и других системах.

Основные способы защиты: заземление оборудования, увлажнение воздуха, ионизация воздушной среды нейтрализаторами статического электричества, подбор контактных пар, увеличение поверхности проводимости диэлектриков, изменение режима технологического процесса, применение СИЗ.

Влажный воздух имеет достаточную электропроводность, чтобы образующиеся электрические заряды стекали через него. Поэтому во влажной воздушной среде электростатических зарядов практически не образуется, и увлажнение воздуха является одним из наиболее простых и распространенных методов борьбы со статическим электричеством.

Еще один распространенный метод устранения электростатических зарядов - ионизация воздуха. Образующиеся при работе ионизатора ионы нейтрализуют заряды статического электричества. Таким образом, бытовые ионизаторы воздуха не только улучшают аэроионный состав воздушной среды в помещении, но и устраняют электростатические заряды, образующиеся в сухой воздушной среде на коврах, ковровых синтетических покрытиях, одежде. На производстве используют специальные мощные ионизаторы воздуха различных конструкций, но наиболее распространены электрические ионизаторы.

В качестве индивидуальных средств защиты могут применяться антистатическая обувь, антистатические халаты, заземляющие браслеты для защиты рук и другие средства, обеспечивающие электростатическое заземление тела человека.

Молнии - серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества, образуются в результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и землей. При достижении определенной разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками или на земле. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы, проводящие разряд напрямую в землю.

Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.

В организме пострадавших от разрядов молнии отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыха-ние и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества.

При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжёлых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, начатая через 10 - 15 минут она, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях, поскольку более тяжелые симптомы могут проявиться впоследствии, и пострадавшему потребуется квалифицированная помощь медиков.

Если ближайшая больница далеко, то до приезда «скорой помощи» следует попытаться оказать первую помощь самим. Прежде всего, пострадавшего необходимо перенести в безопасное место. Не следует бояться дотрагиваться до пораженного молнией – электрического заряда на теле не остается.

Если пострадавший потерял сознание, нужно уложить его на спину и повернуть голову в сторону, чтобы язык не запал в дыхательные пути, и затем сделать ему искусственное дыхание, а при отсутствии сердцебиения - непрямой массаж сердца. По возможности дать пострадавшему понюхать нашатырный спирт. Ожоги от удара током необходимо обильно полить водой, предварительно сняв обожженную одежду.

Статическое электричество и средства защиты от него

Статическое электричество возникает при трении восходящих тепловых слоев воздуха, трении воздушных масс.

Другой источник электризации атмосферы -- в космосе, за пределами однородной атмосферы. Потоки ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений от Солнца направляются к Земле. Они не равнозначны по плотности, интенсивности и энергии. Достигая, верхних слоев атмосферы, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения ионизируют атомы и молекулы атмосферы, превращая их из нейтральных в электрически заряженные. Кроме того, возникает множество иных заряженных элементарных частиц, обладающих различными энергиями. Плотность этих частиц и число их в единице объема различны.

На некотором расстоянии от Земли образуется сплошной объемный ионизированный слой, охватывающий Землю. Первый такой ионизированный стабильный слой охватывает Землю на высоте 110-120 км, он имеет относительно небольшую толщину и стабильные границы. Второй слой с переменной толщиной находится на высоте 180-300 км. Кроме этих постоянных электрически заряженных слоев имеются "плавающие", локально образующиеся области заряженных частиц. Ими то, в основном, и можно объяснить резко изменяющиеся значения поля в различных районах земного шара.

Магнитное поле окружающей человека среды складывается, в основном, из двух составляющих:

* магнитного поля Земли
* магнитных полей, создаваемых электрифицированным транспортом, работающими электродвигателями и генераторами, линиями электропередачи и т.д.

Именно созданная человеком электротехника чаще всего и оказывает вредное воздействие. По мере удаления от источника электромагнитное поле ослабевает. Поэтому одним из способов защиты является удаленное расположение источников сильных электромагнитных волн.

Другим способом защиты является снижение электромагнитного излучения самого источника путем совершенствования конструкции.

Но, пожалуй, самым распространенным на сегодняшний день способом защиты от действия электромагнитных полей является экранирование. Принцип его состоит в том, что объект защиты окружают со стороны действия электромагнитного поля материалом, который полностью или частично поглощает электромагнитные волны. Различные материалы по-разному препятствуют проникновению электромагнитных волн.

Бывает, что, наоборот, экранируют источник электромагнитных полей. Что именно экранировать определяется количеством и размерами источников электромагнитных полей и объектов защиты. Так, например, проще экранировать автомобильный радиоприемник, нежели сам автомобиль, и, напротив -- проще экранировать блок питания компьютера, нежели каждый каскад, подверженный влиянию электромагнитных полей, излучаемых блоком питания.

Лучше всего использовать для экранирования свинец или алюминий, так как они сильнее остальных поглощают электромагнитные поля.

Для защиты от статического электричества в помещениях два раза в день проводят влажную уборку и проветривание. При этом накопившиеся заряды выветриваются вместе с водяными парами. Однако в помещениях, где находятся проводники с высоким напряжением коэфициент влажности не должен превышать определенного значения, так как при нарушении изоляции проводников, находящегося поблизости человека может поразить электрическим током.

Статическое электричество может накапливаться не только на предметах, но и на самом человеке, особенно на одежде и волосяном покрове. Оно наносит вред функционированию нервной системы, всячески раздражает.

После принятия душа человек ощущает себя заметно легче. Частично это объясняется тем, что статическое электричество, накопившееся на теле за весь день, смывается водой.

Атмосферное электричество и средства защиты от него

Не только во время грозы в атмосфере существует электричество. Оно, вообще, присуще атмосфере и характеризует ее состояние. В начале XIX века экспериментально было обнаружено, что идеально изолированный от Земли заряженный проводник постепенно теряет свой заряд. Был установлен и закон потери заряда во времени. Позже это явление было объяснено. Оказывается, в окружающем нас воздухе есть зарядоносители -- заряженные ионы. Они-то и являются причиной того, что идеально изолированный от Земли заряженный проводник теряет свой заряд.

Зарядоносителями - ионами могут быть заряженные остатки атомов и молекул, которые делятся на легкие, средние и тяжелые ионы. Это микрочастицы водяного тумана, дождевые капли, мелкодисперсная пыль, микроорганизмы. В окружающей человека среде зарядоносители непрерывно передвигаются по всем направлениям. Наблюдение, проведенные у земной поверхности с помощью вольтметра с большим внутренним сопротивлением, показали, что градиент потенциала находится в пределах 120-150 В/м.

В результате экспериментальных наблюдений была установлена плотность электрических зарядов на поверхности Земли, равная 7*105 элементарных зарядов. Зная площадь поверхности Земли, несложно определить общий заряд Земли -- он равен 5*107 Кл. Количество электричества на поверхности Земли непрерывно меняется. Электрические заряды перемещаются с поверхности Земли в верхние слои атмосферы и наоборот -- из верхних слоев атмосферы стремятся к ее поверхности. Если перемещение электрических зарядов оценить значением тока, то этот ток составит в среднем 1500 А. Электрический ток, равный 1500 А, постоянно циркулирует между верхними слоями атмосферы и поверхностью нашей планеты. Поверхность Земли обладает отрицательным зарядом.

Токи проводимости, создаваемые ионами разной природы и разного знака, в целом движутся к Земле, неся положительный заряд. То же можно сказать и о макрозаряженных частицах, выпадающих в виде осадков -- дождя, снега.

Поверхность Земли неоднородна. Резко выраженную ее неоднородность создает человек, строя различные здания, заводские трубы и т.д. Во время грозы, а иногда и задолго до ее развития, когда напряженность электрического поля в атмосфере становится особенно большой (при бурях, снежных метелях, сильных ветрах), и происходят большие перемещения воздушных масс, можно видеть светящиеся заряды, возникающие на остриях, острых углах и иных предметах, возвышающихся над Землей. Эти разряды известны под названием огней Эльма. Чаще всего светящиеся разряды возникают в горах на острых выступах скал, вершинах деревьев, верхушках опор линий электропередачи. В низменных местах они замечены на молниеотводах, выступах зданий, мачтах кораблей, антеннах. В исключительных случаях светящиеся разряды наблюдаются и на животных, и на вытянутой руке человека. Их появление сопровождается потрескиванием продолжительностью от нескольких секунд до часов.

Подобные явления представляют собой различные формы коронного разряда, который образуется около светящегося предмета в виде своеобразной короны. Возникновение их обусловлено резким увеличением напряженности электрического поля, в 1000 раз превышающим средние значения 120-1250 В/м. Высокая напряженность поля уже при нормальном давлении вызывает ионизацию, сопровождающуюся появлением электронов. Электроны появляются вследствие вторичной ионизации, вызываемой ионами, находящимися в воздухе вблизи острия и разгоняемыми электрическим полем.

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 (ГОСТ 12.1.018-93 ССБТ. Пожаровзрывобезопасность 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 СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях и ГОСТ 12.1.002.84 ССБТ. Электрические поля промышленной частоты.

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 ФЗ от 22.07.2008 № 123-ФЗ (в редакции от 13.07.2015) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Классификация пожароопасных и взрывоопасных зон применяется для выбора электротехнического и другого оборудования по степени их защиты, обеспечивающей их пожаровзрывобезопасную эксплуатацию в указанной зоне.

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. Удар молнии в землю - электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока.

Защищаемый объект - здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требованиям настоящего норматива.

Устройство молниезащиты - система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние и внутренние устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.

Устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) - комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Устройства защиты от вторичных воздействий молнии - устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии.

Молниеприемник - часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

Токоотвод (спуск) - часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель - проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.

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 III климатическом поясе, где 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.

Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты

Классификация объектов определяется по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.

Непосредственное опасное воздействие молнии - это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы и выделение опасных продуктов - радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов.

Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения. Для электронных устройств, установленных в объектах разного назначения, требуется специальная защита.

Рассматриваемые объекты могут подразделяться на обычные и специальные.

Обычные объекты - жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.

Специальные объекты:

1. объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения;
2. объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы);

3. прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты. В табл. 5 даны примеры разделения объектов на четыре класса.

Таблица 5

Примеры классификации объектов

Объект	Тип объекта	Последствия удара молнии
Обычный	Жилой дом	Отказ электроустановок, пожар и повреждение имущества. Обычно небольшое повреждение предметов, расположенных в месте удара молнии или задетых ее каналом
Ферма	Первоначально - пожар и занос опасного напряжения, затем - потеря электропитания с риском гибели животных из-за отказа электронной системы управления вентиляцией, подачи корма и т. д.
Театр; школа; универмаг; спортивное сооружение	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий
Банк; страховая компания; коммерческий офис	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных
Больница; детский сад; дом для престарелых	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных. Необходимость помощи тяжелобольным и неподвижным людям
Промышленные предприятия	Дополнительные последствия, зависящие от условий производства - от незначительных повреждений до больших ущербов из-за потерь продукции
Музеи и археологические памятники	Невосполнимая потеря культурных ценностей
Специальный с ограниченной опасностью	Средства связи; электростанции; пожароопасные производства	Недопустимое нарушение коммунального обслуживания (телекоммуникаций). Косвенная опасность пожара для соседних объектов
Специальный, представляющий опасность для непосредственного окружения	Нефтеперерабатывающие предприятия; заправочные станции; производства петард и фейерверков	Пожары и взрывы внутри объекта и в непосредственной близости
Специальный, опасный для экологии	Химический завод; атомная электростанция; биохимические фабрики и лаборатории	Пожар и нарушение работы оборудования с вредными последствиями для окружающей среды

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в табл. 6.

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).

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).

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:

Отвод статического электричества, накапливающегося на людях;

Обеспечение работающих токопроводящей обувью, антистатическими халатами.

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.