Молниезащита объектов сельскохозяйственного значения

Введение
На земном шаре ежегодно происходит до 16 млн гроз, т. е. около 44 тыс. за день. Прямой удар молнии очень опасен для людей, зданий и сооружений вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами. Убытки только от пожаров и взрывов, вызванных этим явлением, в ряде случаев колоссальные. Прямой удар молнии также может производить сильные механические разрушения, приводя в негодность чаще всего дымовые трубы, мачты, вышки, а иногда и стены зданий [1]. молния статический разряд электричество
Заряды статического электричества образуются при самых разнообразных производственных условиях, но чаще всего при трении одного диэлектрика о другой или диэлектриков о металлы. Искровые разряды статического электричества представляют собой большую пожаро- и взрывоопасность. Их энергия может достигать 1,4 Дж, что вполне достаточно для воспламенения паро-, пыле- и газовоздушных смесей большинства горючих веществ[2].
Актуальность данной работы заключается в том, что следует уделять особое внимание молниезащите и защите от статического электричества на производстве.
Цель данной работы состоит в том, чтобы исследовать основные мероприятия по молниезащите и защите статического электричества на производстве.
Внешняя и внутренняя молниезащитаМолния - колоссальный электрический разряд, способный нанести повреждения строению, вызвать пожар и привести к поражению электрическим током людей. Разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение, вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи обуславливают термические повреждения проводников [3].
Молниезащита - это целый комплекс специальных приспособлений и технических решений, направленных на обеспечение безопасности людей и имущества. Молниезащита является обязательной частью любого здания. Без системы молниезащиты здание и соответственно, люди и имущество находящиеся в нем, беззащитны перед ударом стихии [4].
Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара.
Существуют следующие виды внешней молниезащиты:
- молниеприемная сеть;
- натянутый молниеприемный трос;
- молниеприемный стержень [1].
Помимо вышеупомянутых традиционных решений (приведенных как в международном стандарте МЭК 62305.4, так и в российских нормативных документах РД 34.21.122-87 и CO 153--343.21.122-2003) с середины 2000х годов получает распространение молниезащита с системой ранней стримерной эмиссии, также именуемая активной молниезащитой. Применение данной системы нормируется несколькими стандартами, в первую очередь французским NFC 17-102.
В общем случае внешняя молниезащита состоит из следующих элементов:
1. Молниеотвомд (молниеприёмник, громоотвод) -- устройство, перехватывающее разряд молнии. Выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь)
2. Токоотвомды (спуски) -- часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
3. Заземлимтель -- проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду [5].
Внутренняя молниезащита представляет собой совокупность устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Назначение УЗИП защитить электрическое и электронное оборудование от перенапряжений в сети, вызванных резистивными и индуктивными связями, возникающих под воздействием тока молнии.
Общепринято выделяют перенапряжения, вызванные прямыми и непрямыми ударами молнии. Первые происходят в случае попадания молнии в здание (сооружение) или в подведенные к зданию (сооружению) линии коммуникаций (линии электропередачи, коммуникационные линии). Вторые -- вследствие ударов вблизи здания (сооружения) или удара молнии вблизи линий коммуникаций [6].
Грозозащитные зоны
В случае защиты электронных систем, от которых требуется особенная надежность и безотказность функционирования, следует дополнительно принять во внимание затухание электромагнитных импульсов молнии при переходе границ отдельных зон (арматура стен, дополнительные экраны). Ниже представлена краткая характеристика отдельных зон.
Зона 0A.
Устройства, а также электрические и электронные системы, работающие в этой зоне, подвергаются риску непосредственного воздействия тока молнии с неограниченным значением пиковой величины, а также импульсного электромагнитного поля. Подвергаются риску устройства или системы, работающие на открытом воздухе, не экранированные от электромагнитного поля и не защищенные от напряжений и токов молнии. В зоне 0A пиковые значения величин, возникающих перенапряжений вытекают из импульсной устойчивости изоляторов, изоляции кабелей или устройств внутри строительных объектов.
Зона 0B.
Устройства, работающие в этой зоне подвергаются опасности:
· Непосредственного воздействия импульсного электромагнитного поля, вызванного током молнии с пиковыми значениями, такими как в случае зoны 0A
· Напряжений и импульсных токов, индуцированных током молнии в проводящих инсталляциях. Эти устройства устанавливаются в неэкранированных объектах, лишенных собственных электромагнитных экранов (кожухов и корпусов), а также не имеющих устройств, ограничивающих перенапряжения в электроустановке и в линиях передачи сигналов. Предлагаемые пиковые величины импульсных напряжений в этой зоне составляют: ü   В электроэнергетической сети низкого напряжения10 кВ ü   В линиях передачи сигналов 6 кВ Импульсные токи, возникающие в зоне 0B, характеризуются временем нарастания (фронтом) 8 мкс и длительностью на уровне половины максимального значения 20мкс.
Зона 1. Электронные устройства, работающие в зоне 1 защищаются от: 
Непосредственного воздействия импульсного электромагнитного поля используется отдельный экран, который чаще всего создают соединенные между собой проводящие элементы конструкции зданий;   
От напряжений и токов молнии - элементы и схемы, ограничивающие перенапряжения, создающие так называемую основную защиту - одноступенчатая схема ограничителей перенапряжений.
Пиковые значения импульсных напряжений, возникающих в этой зоне составляют:              
В электроустановкениже 10 кВ             
В линиях передачи сигналовниже 6 кВ
Формы импульсных токов, используемых для испытаний ограничителей перенапряжений, такие же как в зоне 0B. Последующие зоны Создание последующих зон требует введения дополнительных экранов, а также очередных ступеней ограничения напряжений и ударных токов. Используются экранирующие свойства:            
Железобетонных стен помещений внутри объекта,
Монолитных экранов помещений             
Стальных обшивок и корпусов самих устройств. В случае существующих и строящихся объектов, а также объектов с чувствительными электронными системами чаще всего применяется двух или трехступенчатые системы защиты от перенапряжений. Создавая отдельные зоны, следует обратить особенное внимание на:
Соблюдение принципов уравнивания потенциалов инсталляций, входящих в строительный объект,
Правильный подбор и размещение ограничителей перенапряжений разных типов,
Принцип ограничения импульсов ниже импульсной устойчивости устройств, установленных в данной зоне.
Рисунок 1 - Пример трехступенчатой системы ограничения перенапряжений молниезащита грозозащитная зона здание
Молниезащита объектов сельскохозяйственного значения
Молниезащита сельскохозяйственных зданий осуществляется при помощи установки молниеотводов.
Как правило, данное устройство стоит вблизи защищаемого объекта, и позволяет току молнии отводится прямо в землю.
Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Оно состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего на себя разряд молнии, токоотвода и заземлителя.
тросовые молниеотводы принято использовать для обеспечения защиты длинных и достаточно узких сооружений, а также в ситуации, когда нет возможности для установки стержневых молниеприемников.
Но, в большинстве случаев, для защиты сельскохозяйственных зданий и строений оптимальным является использование стержневых молниеприемников, которые обеспечивают более простой и удобный процесс эксплуатации.
Кроме тросов и стрежней для защиты сельскохозяйственных сооружений также принято использовать различные конструктивные элементы зданий. Оптимальным вариантом из которых принято считать металлическую кровлю или трубы.
В некоторых случаях более целесообразным вариантом является возведение целой сетки из стальных проводников, которая устанавливается на крыше защищаемого объекта - сетка Фарадея.
Клетка Фарадея (или «щит Фарадея», англ. Faraday Shield) — устройство, изобретённое английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой клетку, выполненную из хорошо токопроводящего материала.
Но если у постройки или здания имеется железная крыша, соединенная с помощью токоотводов с заземлителем, тогда в установке дополнительных молниеотводов нет никакой необходимости.
Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к III категории, должна выполняться одним из способов, указанных ниже.
Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений II категории с неметаллической кровлей должна быть выполнена отдельно стоящими или установленными на защищаемом объекте стержневыми или тросовыми молниеотводами, обеспечивающими зону защиты.
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.
Молниеприемная сетка должна быть выполнена из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм и уложена на кровлю сверху или под несгораемые или трудносгораемые утеплитель или гидроизоляцию.Шаг ячеек сетки должен быть не более 6×6 м.
Узлы сетки должны быть соединены сваркой.
Выступающие над крышей металлические элементы (трубы, шахты, вентиляционные устройства) должны быть присоединены к молниеприемной сетке, а выступающие неметаллические элементы - оборудованы дополнительными молниеприемниками, также присоединенными к молниеприемной сетке.
Установка молниеприемников или наложение молниеприемной сетки не требуется для зданий и сооружений с металлическими фермами при условии, что в их кровлях используются несгораемые или трудносгораемые утеплители и гидроизоляция.
На зданиях и сооружениях с металлической кровлей в качестве молниеприемника должна использоваться сама кровля.
При этом все выступающие неметаллические элементы должны быть оборудованы молниеприемниками, присоединенными к металлу кровли.Токоотводы от металлической кровли или молниеприемной сетки должны быть проложены к заземлителям не реже чем через 25 м по периметру здания.
При прокладке молниеприемной сетки и установке молниеотводов на защищаемом объекте всюду, где это возможно, в качестве токоотводов следует использовать металлические конструкции зданий и сооружений (колонны, фермы, рамы, пожарные лестницы и т.п., а также арматуру железобетонных конструкций) при условии обеспечения непрерывной электрической связи в соединениях конструкций и арматуры с молниеприемниками и заземлителями, выполняемых, как правило, сваркой.Токоотводы, прокладываемые по наружным стенам зданий, следует располагать не ближе чем в 3 м. от входов или в местах, не доступных для прикосновения людей.
В качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии во всех возможных случаях следует использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений.
При невозможности использования фундаментов предусматриваются искусственные заземлители:
при наличии стержневых и тросовых молниеотводов каждый токоотвод присоединяется к заземлителю;
при наличии молниеприемной сетки или металлической кровли по периметру здания или сооружения прокладывается наружный контур следующей конструкции:
в грунтах с эквивалентным удельным сопротивлением r £ 500 Ом×м при площади здания более 250 м2 выполняется контур из горизонтальных электродов, уложенных в земле на глубине не менее 0,5 м, а при площади здания менее 250 м2 к этому контуру в местах присоединения токоотводов приваривается по одному вертикальному или горизонтальному лучевому электроду длиной 2-3 м;
в грунтах с удельным сопротивлением 500 < r £ 1000 Ом×м при площади здания более 900 м2 достаточно выполнить контур только из горизонтальных электродов, а при площади здания менее 900 м2 к этому контуру в местах присоединения токоотводов приваривается не менее двух вертикальных или горизонтальных лучевых электродов длиной 2-3 м на расстоянии 3-5 м один от другого.
В зданиях большой площади наружный контур заземления может также использоваться для выравнивания потенциала внутри здания.
Во всех возможных случаях заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановок.
При установке отдельно стоящих молниеотводов расстояние от них по воздуху и в земле до защищаемого объекта и вводимых в него подземных коммуникаций не нормируется.
При этом в случае использования молниеприемной сетки шаг ее ячеек должен быть не более 12´12м.
Во всех возможных случаях в качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии следует использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений.
При невозможности их использования выполняют искусственные заземлители:
стоящему из двух вертикальных электродов (и более) длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом длиной не менее 5 м;
при использовании в качестве молниеприемников сетки или металлической кровли по периметру здания в земле на глубине не менее 0,5 м должен быть проложен наружный контур, состоящий из горизонтальных электродов.
В грунтах с эквивалентным удельным сопротивлением 500 < r £ 1000 Ом×м и при площади здания менее 900 м2 к этому контуру в местах присоединения токоотводов следует приваривать по одному вертикальному или горизонтальному лучевому электроду длиной 2-3 м.
В зданиях большой площади (шириной более 100 м) наружный контур заземления может также использоваться для выравнивания потенциалов внутри здания в соответствии с требованиями п. 1.9.
Во всех возможных случаях заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановки, указанным в гл. 1.7 ПУЭ.При защите строений для крупного рогатого скота и конюшен отдельно стоящими молниеотводами их опоры и заземлители следует располагать не ближе чем в 5 м от входа в строения.
При установке молниеприемников или укладке сетки на защищаемом строении в качестве заземлителей следует использовать железобетонный фундамент или наружный контур, проложенный по периметру строения под асфальтовой или бетонной отмосткой.
К заземлителям защиты от прямых ударов молнии должны быть присоединены находящиеся внутри строения металлические конструкции, оборудование и трубопроводы, а также устройства выравнивания электрических потенциалов.
Защита от прямых ударов молнии металлических скульптур и обелисков, обеспечивается присоединением их к заземлителю любой конструкции.
При наличии часто посещаемых площадок вблизи таких сооружений большой высоты должно быть выполнено выравнивание потенциала.
Молниезащита наружных установок, содержащих горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 61 °С, должна быть выполнена следующим образом:
корпуса установок из железобетона, и корпуса установок и резервуаров из металла при толщине крыши менее 4 мм должны быть оборудованы молниеотводами, установленными на защищаемом сооружении или отдельно стоящими;
металлические корпуса установок и резервуаров при толщине крыши 4 мм и более следует присоединять к заземлителю.
Расположенные в сельской местности небольшие строения с неметаллической кровлей,  подлежат защите от прямых ударов молнии одним из упрощенных способов:
при наличии на расстоянии 3-10 м от строения деревьев, в 2 раза и более превышающих его высоту с учетом всех выступающих на кровле предметов (дымовые трубы, антенны и т.д.), по стволу ближайшего из деревьев должен быть проложен токоотвод, верхний конец которого выступает над кроной дерева не менее чем на 200 мм. У основания дерева токоотвод должен быть присоединен к заземлителю;
если конек кровли соответствует наибольшей высоте строения, над ним должен быть подвешен тросовый молниеприемник, возвышающийся над коньком не менее чем на 250 мм. Опорами для молниеприемника могут служить закрепленные на стенах строения деревянные планки. Токоотводы прокладывают с двух сторон по торцевым стенам строения и присоединяют к заземлителям. При длине строения менее 10 м токоотвод и заземлитель могут быть выполнены только с одной стороны;
при наличии возвышающейся над всеми элементами кровли дымовой трубы над ней следует установить стержневой молниеприемник высотой не менее 200 мм, проложить по кровле и стене строения токоотвод и присоединить его к заземлителю;
при наличии металлической кровли ее следует хотя бы в одной точке присоединить к заземлителю; при этом токоотводами могут служить наружные металлические лестницы, водостоки и т.д. К кровле должны быть присоединены все выступающие на ней металлические предметы.
Во всех случаях следует применять молниеприемники и токоотводы минимальным диаметром 6 мм, а в качестве заземлителя - один вертикальный высотой 2-3 м или горизонтальный электрод длиной 2-3 м минимальным диаметром 10 мм, уложенный на глубине не менее 0,5 м.
Соединения элементов молниеотводов допускаются сварные и болтовые.
Защита от прямых ударов молнии неметаллических труб, башен, вышек высотой более 15 м должна быть выполнена путем установки на этих сооружениях при их высоте:
до 50 м - одного стержневого молниеприемника высотой не менее 1 м;
от 50 до 150 м - двух стержневых молниеприемников высотой не менее 1 м, соединенных на верхнем торце трубы;
более 150 м - не менее трех стержневых молниеприемников высотой 0,2 - 0,5 м или по верхнему торцу трубы должно быть уложено стальное кольцо сечением не менее 160 мм2.
В качестве молниеприемника может также использоваться защитный колпак, устанавливаемый на дымовой трубе, или металлические конструкции типа антенн, устанавливаемые на телебашнях.
При высоте сооружения до 50 м от молниеприемников должна быть предусмотрена прокладка одного токоотвода; при высоте сооружения более 50 м токоотводы должны быть проложены не реже чем через 25 м по периметру основания сооружения, их минимальное количество два.
Сечения (диаметры) токоотводов должны удовлетворять требованиям табл. 3, а в зонах с высокой загазованностью или агрессивными выбросами в атмосферу диаметры токоотводов должны быть не менее 12 мм.
В качестве токоотводов могут использоваться ходовые металлические лестницы, в том числе с болтовыми соединениями звеньев, и прочие вертикальные металлические конструкции.
На железобетонных трубах в качестве токоотводов следует использовать арматурные стержни, соединенные по высоте трубы сваркой, скруткой или внахлест; при этом прокладка наружных токоотводов не требуется.
Соединение молниеприемника с арматурой должно выполняться минимум в двух точках.
Все соединения молниеприемников с токоотводами должны быть выполнены сваркой.
Для металлических труб, башен, вышек установка молниеприемников и прокладка токоотводов не требуется.
В качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии металлических и неметаллических труб, башен, вышек следует использовать их железобетонные фундаменты.
При невозможности использования фундаментов на каждый токоотвод должен быть предусмотрен искусственный заземлитель из двух стержней, соединенных горизонтальным электродом; при периметре основания сооружения не более 25 м искусственный заземлитель может быть выполнен в виде горизонтального контура, проложенного на глубине не менее 0,5 м и выполненного из электрода круглого сечения.
При использовании в качестве токоотводов арматурных стержней сооружения их соединения с искусственными заземлителями должны выполняться не реже чем через 25 м при минимальном количестве присоединений, равном двум.
При возведении неметаллических труб, башен, вышек металлоконструкции монтажного оборудования (грузопассажирские и шахтные подъемники, кран-укосина и др.) должны быть присоединены к заземлителям. В этом случае временные мероприятия по молниезащите на период строительства могут не выполняться.
Для защиты от заноса высокого потенциала по внешним наземным (надземным) металлическим коммуникациям их необходимо на вводе в здание или сооружение присоединить к заземлителю защиты от прямых ударов молний.
Защита от заноса высокого потенциала по воздушным линиям электропередачи напряжением до 1 кВ и линиям связи и сигнализации должна выполняться в соответствии с ПУЭ и ведомственными нормативными документами.
Во всех возможных ситуациях молниеотводы должны проектироваться так. чтобы избежать заметного увеличения числа ударов молнии в них по сравнению с числом ударов в незащищенный объект.
Поэтому система из многих молниеотводов малого превышения над защищаемым объектом предпочтительнее одиночного молниеотвода большой высоты.
Заключение
Для защиты от поражения электрическим током, сохранения электрооборудования и безопасных условий работы необходим комплексный подход с применение всех необходимых мер по предотвращению случайного поражения человека электрическим током.
Защитное заземление или зануление должно обеспечивать защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.
В производственном процессе также не стоит недооценивать электрозаряды, возникающий при трении. Эти заряды вызывают нарушения технологического процесса, из-за большой напряженности электрического поля возникают сильные разряды, которые могут привести к пожарам, взрывам и, как следствие, к травмам обслуживающего персонала. Статическое электричество угнетающе действует на человека, вызывает утомление, приводит к ошибочным действиям.
Разряды молнии на наземные объекты могут вызвать разрушение зданий и сооружений, а также загорание и взрыв находящихся в них горючих и взрывоопасных веществ. Поражения прямыми ударами молнии носят название первичных воздействий молнии. Молниезащита позволяет защитить не только здания и сооружения но и большую площадь производственных площадок, как от прямого удара молнии, так и от вторичных воздействий электромагнитной и электростатической индукции.
Применение и правильная эксплуатация заземления, зануления, защитного отключения, молниезащиты и защита от статического электричества гарантирует надежность эксплуатации электроприборов и электроустановок установок без опасности повреждения электрическим током работников предприятия.
Список использованной литературы
1. Безопасность жизнедеятельности на производстве: Учебник для студентов вузов/ В.И. Курдюмов, Б.И.Зотов.- 2-издание, переработанное и дополненное. - М.: Колос, КолосС, 2003.- 432 с. ISBN 5-9532-0094-3. 
2. Яндекс.Словари/Электричество статическое/URL: http://slovari.yandex.ru/ (дата обращения: 10.04.14)
3. Молниезащита. Общие положения/URL: http://hottey.info/node/127 (дата обращения: 11.04.14)
4. В.Н. Верёвкин, Г.И. Смелков, В.Н. Черкасов. Электростатическая ис-кробезопасность и молниезащита. - М.: МИЭЭ, 2006. - 170 с. ISBN 5-98540-007-7
5. Википедия/ Молниезащита/ URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 11.04.14)
6. Комплексная молниезащита/ Внутренняя молниезащита/ URL: http://www.tokootvod.ru/article/vnutrennyaya-molniezaschita (дата обращения: 12.04.14)