Pastatų ir įrenginių apsauga nuo žaibo
Žaibo iškrova iš atmosferos elektros gali sukelti izoliacijos pažeidimus, avarijas elektros instaliacijoje, nelaimingus atsitikimus su žmonėmis, pastatų ir konstrukcijų sunaikinimą.
Žaibo išvaizda
Kai saulė kaitina žemės paviršių, kyla aukštyn kylančios oro srovės, prisotintos vandens garų. Mažesnės vandens dalelės yra neigiamai įkrautos, didesnės – teigiamai.
Veikiant vėjui ir gravitacijai, atsiskiria priešingai įkrautos dalelės. Vandens dalelės debesyse, kylančiuose į daugiau nei 5 km aukštį, užšąla ir griūva. Teigiamai įkrauti kristalai yra viršutinėje debesies dalyje, 5-7 km aukštyje, neigiamo krūvio – 2-5 km aukštyje. Dėl krūvių atsiskyrimo debesyse susidaro vadinamieji. Erdviniai krūviai ir skirtingos griaustinio debesies dalys turi skirtingas krūvio reikšmes ir ženklus. Krūviai iš debesies dugno sukelia priešingo ženklo krūvius žemėje.
Tarp debesų ir žemės, taip pat tarp skirtingų debesies dalių arba tarp skirtingų debesų susidaro didelio intensyvumo laukai – kelių dešimčių tūkstančių voltų viename centimetre. Esant maždaug 30 kV / cm lauko stipriui, įvyksta oro jonizacija, prasideda proveržis - vadinamasis lyderio išlydis (blankiai šviečiantis kanalas, kurio skersmuo 10–20 m), judantis vidutiniu 200–200 m greičiu. 300 km/sek.
Veikiant laukui, krūviai ant žemės – padidinto laidumo vietose (drėgnose vietose, elektrai laidžių sluoksnių ir kt.) arba aukštuose objektuose (kalvos, kaminai, vandens bokštai, stulpai, elektros linijos, medžiai, savarankiški pastatai lyguma ir pan.) — judėti link vairuotojo.
Laidininkas nukreipiamas į objektą, kurio atžvilgiu elektrinio lauko įtampa yra didžiausia ir tada įvyksta galinga priešinė iškrova, sklindanti greičiu, panašiu į šviesos greitį (1 pav.). Be to, per mažiau nei vieną dešimtąją tūkstantąją sekundės dalį per paveiktą struktūrą praeina šimtus tūkstančių amperų siekianti srovė, kurios įtakoje plazma įkaista iki kelių dešimčių tūkstančių laipsnių ir pradeda ryškiai švytėti.
Išmetimo šviesos efektas suvokiamas kaip žaibas, o sprogus oro išsiplėtimas išmetimo kanale sukuria garso efektą – griaustinį.
Ryžiai. 1. Perkūnijos debesies elektrifikacijos proceso ir žaibo išlydžio vystymosi link žemės objekto schema.
Matavimai rodo, kad maždaug 3/4 iškrovų kyla iš neigiamą krūvį turinčių debesies dalių, o 1/4 – iš teigiamai įkrautų sričių. Po pirmojo gali atsirasti dar keletas iš eilės iškrovimų.
Žaibo išlydžiai apibūdinami šiais parametrais:
• srovės amplitudė — dažniausiai stebima srovė yra 10–30 kA, 5–6 % matavimų srovė siekia 100–200 kA;
• bangos fronto ilgis — žaibo srovės kilimo iki didžiausios vertės trukmė (dažniausiai 1,5-2 μs).
Daug rečiau stebimas kamuolinis žaibas, kuris yra iki pusės metro skersmens švytintis plazminis rutulys, lėtai judantis oro srovių įtakoje žemės paviršiuje. Kamuolinis žaibas prasiskverbia į pastatus per kaminus, langus, duris.
Jei kamuolinis žaibas paliečia gyvą organizmą, įvyksta mirtini sužalojimai, sunkūs nudegimai, o kontaktuojant su konstrukcijomis įvyksta sprogimas ir mechaninis daiktų sunaikinimas. Kamuolinio žaibo prigimtis vis dar nėra gerai suprantama.
Žaibo poveikis pastatams ir konstrukcijoms
Tiesioginis žaibo smūgis sukelia atramų skilimą, konstrukcijų tirpimą, užsidegimą ir sprogimą, mechaninį sunaikinimą, nepriimtiną metalinių konstrukcijų įkaitimą nuo per jas į žemę patenkančio žaibo. Eksploataciniais duomenimis, žaibas dega per 4 mm storio lakštą.
Elektrostatinė indukcija pasireiškia tuo, kad ant izoliuotų metalinių konstrukcijų ir laidų susidaro didelis potencialas, dėl kurio sunaikinamas gruntas, o tai savo ruožtu gali sukelti elektros smūgį žmonėms, užsidegti ir sprogti sprogstamųjų mišinių, taip pat pažeisti izoliacija elektros instaliacijoje .
Elektromagnetinė indukcija pasireiškia indukcija iškrovos srovės metu ant išplėstinių metalinių konstrukcijų ir komunikacijų (sijų, bėgių, vamzdynų ir kt.), izoliuotų viena nuo kitos ir nuo žemės, kuri gali sukelti kibirkštį ar lanką.
Žaibo išlydžio atveju dideli potencialai taip pat įvedami palei išorines žemės konstrukcijas ir komunikacijas.
Pastatai ir įrenginiai, atsižvelgiant į jų paskirtį ir žaibo aktyvumo intensyvumą jų buvimo vietoje, turi būti apsaugoti nuo žaibo pažeidimų ar antrinio žaibo išlydžio poveikio.
Teritorija nuo Uralo iki Krasnojarsko ir į pietus nuo Krasnojarsko, nuo Krasnojarsko iki Chabarovsko priklauso vietovėms, kurių vidutinė perkūnijos trukmė yra 40–60 valandų. Regione į šiaurę nuo Krasnojarsko, nuo Krasnojarsko iki Nikolajevsko prie Amūro, vidutinė perkūnijos trukmė yra nuo 20 iki 40 valandų. Padidėjęs perkūnijos aktyvumas nuo 60 iki 80 valandų per metus stebimas Aukštutinio Altajaus regionuose (Bijskas-Gorno-Altaiskas-Ust-Kamenogorskas). Pastatų ir konstrukcijų apsauga nuo žaibo turi būti vykdoma pagal specializuotų organizacijų parengtus projektus.
Apsauga nuo tiesioginių žaibo smūgių. Žaibolaidžio aprėpties zona
Apsaugos nuo žaibo įtaisų veikimas susideda iš to, kad šalia saugomo objekto yra sumontuotas virš jo iškilęs metalinis žaibolaidis, patikimai prijungtas prie žemės. Kai įvyksta žaibo išlydis, į žemę besiveržiantis laidininkas priartėja prie aukščiausio padidinto laidumo taško (toks taškas tarnauja įžeminto žaibolaidžio viršutinė dalis) ir išlydis įvyksta žaibolaidžiui, aplenkiant saugomą objektą.
Vieno strypo h aukščio žaibolaidžio apsauginė zona yra 0,92 h aukščio kūgis su 1,5 h spindulio apskritimo formos pagrindu (2 pav.).
Visos konstrukcijos, kurios telpa į kūgį, bus apsaugotos nuo tiesioginio žaibo smūgio ne mažesniu kaip 95% patikimumu (B zona).Kūgio viduje, kurio aukštis yra 0,85 valandos, o pagrindo spindulys yra 1,1 valandos, apsaugos patikimumas yra 99,5%. (A zona).
Ryžiai. 2. Vieno strypo apsaugos nuo žaibo zonos. A — apsaugos zona su 99,5% patikimumu; B — apsaugos zona su 95% patikimumu; 1 — žaibolaidis; 2 — saugomas objektas.
Jeigu aikštelės plotas didesnis nei saugoma teritorija, būtina padidinti žaibolaidžio aukštį arba įrengti kelis žaibolaidžius.
Apsauga nuo antrinio žaibo poveikio
Pagrindinė priemonė kovojant su didelio potencialo atsiradimu pastatuose ar konstrukcijose dėl elektrostatinės indukcijos atmosferos iškrovų metu yra visų laidžių pastato elementų įžeminimas.
Norėdami pašalinti įtaką elektromagnetinė indukcija pailgintuose metaliniuose elementuose (vamzdynuose, metalinėse konstrukcijose ir kt.) pastarieji patikimai sujungiami metaliniais tilteliais.
Siekiant pašalinti didelio potencialo perdavimą per antenas ir požemines komunikacijas, galios, radijo, signalizacijos ir ryšio tinklų įvadai yra įrengti kabelių ir vožtuvų ribotuvai (pavyzdžiui, RVN-0,5) ir kibirkštiniais tarpais, kurie suveikia, kai įrengti įtampos pakilimai.