Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

ТЕМА 3 Мероприятия обеспечивающие безопасность работ в действующих электроустановках ЛЕКЦИЯ 13 Система защиты от молний

Учебные цели 1.Знать природу, характеристики и виды разрядов молнии. 2. Знать типы, состав, достоинства и недостатки устройств молниезащиты.

Учебные вопросы Введение 1. Природа, характеристики и виды разрядов молнии. 2. Система защиты от молний зданий и сооружений. 3. Система защиты от молний помещений для содержания животных. Заключение

Литература 1.Правила устройства электроустановок (ПУЭ). – М.: Омега – Л, – 268с. 2.Правила безопасности при эксплуатации ЭУ. – М.: ИНФА – М, – 154с. 3.Межотраслевая инструкция по оказанию первой помощи при несчастных случаях на производстве. – М: НЦ ЭНАС, с. 4.Инструкция по применению и испытанию средств защиты, используемых в ЭУ. – Новосибирск: Сибирский унив., с.

5.Хорольский В.Я, Таранов В.Н, Привалов Е.Е. Электробезопасность в сельском хозяйстве. Ставрополь: СтГАУ «АГРУС», – 131с. 6.Привалов Е.Е, Башкатов А.В., Попов А.Н.. Электробезопасность. – Ставрополь: Изд-во СтГАУ «АГРУС», – 81с. 7.Привалов Е. Е. Электробезопасность. Часть1. Защитное заземление. Ставрополь: СтГАУ Изд-во «АГРУС», – 30с. 8.Раздорожный А. А. Охрана труда и производственная безопасность: учебно - методическое пособие. – М: Экз., с.

Введение ЭУ должны быть стойкими к воздействию окружающей среды или защищенными от этого воздействия, например, ударов молнии. Заземляющее устройство (ЗУ) должно удовлетворять требования к заземлению ЭУ по защите: 1. Людей и животных от поражения электрическим током при повреждении изоляции. 2. Электрооборудования в течение всего периода эксплуатации от перенапряжения, сверхтоков при коротких замыканиях и т. д. 3. От любых ударов молнии в течение всего периода эксплуатации электроустановки.

ЗУ зданий и сооружений и защиты от молний (молниезащиты) должны быть общими. На концах воздушной линии, а также на ее вводах к ЭУ, в которых в качестве защитной меры применено автоматическое отключение питания, должны быть выполнены повторные заземления PEN-проводника. При этом в следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор линии, а также заземляющие устройства, предназначенные для грозовых перенапряжений.

В ГОСТ Р – 2002 даны требования к выбору устройств для защиты от импульсных перенапряжений ЭУ зданий с целью ограничения импульсных перенапряжений атмосферного характера (удары молний). Устройства защиты от импульсных перенапряжений должны устанавливаться на вводе распределительной сети в электроустановку или на вводном распределительном устройстве здания.

1. Природа, характеристики и виды разрядов молнии Молния – особый вид прохождения электрического тока через воздушные промежутки. Источниками возникновения молний являются атмосферные заряды электричества накопленные тучами, несущими заряды различных знаков. При сближении туч, заряженных разноименно, между ними возникает электрический разряд – молния.

Двигаясь над землей, грозовая туча в результате явления электростатической индукции, наводит потенциалы на поверхности земли и наземных сооружениях. Чаще всего от туч заряженных отрицательным электричеством. По мере того, как напряженность электрического поля заряженной тучи достигает критической величины, по направлению к земле начинает прорастать электронный светящийся канал – лидер. Когда лидер достигает земли или сооружения на ней, происходит разряд молнии, как правило имеющий отрицательную полярность.

Во время грозы, вследствие явления электростатической индукции, у поверхности земли возникает мощное электрическое поле, напряженность которого особенно велика на концах острых предметов сооружений. Часто на таких объектах происходит коронный разряд и возникает видимое свечение. Параметры молнии: 1.Напряжение до В. 2. Ток около А. 3. Время действия до 1 / с. 4. Диаметр светящегося канала до 20см.

Кроме линейной молнии возникает шаровая молния, представляющая собой огненный шар диаметром 10 – 20см, которая перемещается в воздухе со скоростью около 2м/с в направлении ветра. Исчезает шаровая молния тихо, но иногда и с явлением взрыва. Шаровая молния проникает в помещения через открытые форточки, окна, двери, дымоходы и даже через щели в зданиях. При прикосновении к человеку молния вызывает сильные ожоги, часто ведущие к смерти пострадавшего. Если происходит взрыв шаровой молнии, то выделяется большое количество тепла, что часто приводит к пожару в помещении. Природа шаровой молнии до сих пор еще до конца не выяснена.

Существующие системы защиты от молний при ударах шаровой молнии не эффективны и не обеспечивают безопасности людей и животных. Для предотвращения проникновения шаровой молнии в помещения следует закрывать форточки, окна, двери, дымоходы и т.д. Вентиляционные ходы зданий и сооружений необходимо снабжать металлическими сетками с ячейками 3 – 4кв.см. Такая сетка выполняется из медной или стальной круглой проволоки диаметром 2 – 2,5мм и надежно заземляются. Молния ударяет в места: 1.Выхода на поверхность грунтовых вод. 2. Стыка пород земли с разной удельной электрической проводимостью. 3.Выхлопа газов и выхода дыма из труб.

4. В наиболее возвышающиеся над землей части зданий и сооружений. 5. С большим удельным сопротивлением, если в земле проложены металлические трубопроводы или кабели. 6. Где имеются включения грунта хорошо проводящие электрический ток (например, глина). Такие места показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Места входа линейной молнии в поражаемые объекты

Среднее значение грозовой деятельности в часах за год определяется по специальной карте или по данным местной метеостанции. Согласно требованиям МЭК грозовые дни в году эквивалентны значению 2,24 среднегодовых ударов молнии на 1кв.км поверхности земли. Это получено из формулы где Ng - среднегодовое число ударов молнии на 1кв. км поверхности земли;Td число грозовых дней в году. В ПУЭ дана классификация грозовой деятельности по среднегодовой продолжительности гроз. Различают семь зон грозовой деятельности со среднегодовой продолжительностью гроз менее: 10ч(1), от 10 до 20ч(2), от 20 до 40ч(3), от 40 до 60 ч(4), от 60 до 80ч(5), от 80 до 100ч(6) и более 100ч(7).

2. Система защиты от молний зданий и сооружений Инструкция по устройству молниезащиты делит здания и сооружения на три категории: I - производственные помещения, в которых при нормальном технологическом режиме могут образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пыли, волокон. Любое поражение молнией, вызывая взрыв, создает повышенную опасность разрушений и жертв. II – производственные здания и сооружения появление взрывоопасных концентраций происходит при нарушении штатного технологического режима. III - объекты, последствия поражения которых молнией связаны с меньшим материальным ущербом, чем при взрывоопасной среде.

Система молниезащиты от прямых ударов молнии – комплекс защитных устройств, предназначенных для защиты людей, животных, зданий и сооружений от возможных коротких замыканий, взрывов, пожаров и разрушений электроустановок, а также средства защиты, предохраняющие объект от вторичных воздействий молнии и заноса высокого потенциала. Молниеотвод – защитное устройство принимающее прямой удар молнии и отводящее электрический ток в землю. Данное устройство состоит из молниеприемника (1), несущей конструкции (опоры - 2), токоотвода (3) и заземлителей (электродов - 4). Конструкция простого стержневого отдельно стоящего молниеотвода показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Конструкция стержневого молниеотвода

Установка отдельно стоящих молниеотводов исключает возможность термического воздействия на объект I категории молнии. Для объектов II и III категорий, характеризующихся меньшим риском взрыва или пожара, допустимо использование отдельно стоящих молниеотводов и установленных прямо на защищаемом объекте. При выборе типов молниеотводов и других средств защиты от ударов молнии учитывают экономические соображения, технологические и конструктивные особенности объектов. Близко расположенные высокие сооружения необходимо использовать как отдельно стоящие молниеотводы, а конструктивные элементы зданий н сооружений (металлические кровлю, фермы, железобетонные колонны и фундаменты), как молниеприемники, токоотводы и заземлители.

Рисунок 3 - Общий вид строения и элементы молниезащиты выполненные упрощенным способом с помощью стальной проволоки

Молниеприемник. Над коньком крыши с помощью деревянных планок, укрепленных по торцам строения, натягивается стальная проволока диаметром не менее 5 мм и привязывается проволокой такого же диаметра к печной трубе. Концы проволоки должны выступать над трубой не менее чем на 250 мм. Для токоотводов можно применять проволоку такого же диаметра. Заземление выполняется с обоих торцов здания, если длина дома превышает 10 м, при меньшей длине здания - только с одного его торца. Ветви деревьев следует периодически подрезать с таким расчетом, чтобы расстояние между ними и крышей, а также проводами воздушной линии составляло не менее 2 м.

Защита от термических воздействий прямого удара молнии осуществляется путем надлежащего выбора сечений молниеприемников и токоотводов, толщины корпусов наружных установок, расплавление которых не может произойти при указанных выше параметрах тока молнии, переносимого заряда и температуры в канале. Защита от механических разрушений различных строительных конструкций при прямых ударах молнии осуществляется: бетона армированием и обеспечением надежных контактов в местах соединения с арматурой; неметаллических выступающих частей и покрытий зданий применением материалов, не содержащих влаги. Защита от перекрытий на защищаемый объект при поражении отдельно стоящих молниеотводов достигается надлежащим выбором, конструкций заземлителей и изоляционных расстояний между молниеотводом и объектом.

Защита от перекрытий внутри здания при протекании по нему тока молнии обеспечивается выбором количества токоотводов, проложенных к заземлителям кратчайшими путями. Защита от напряжении прикосновения и шага обеспечивается путем прокладки токоотводов в малодоступных для людей местах и равномерного размещения заземлителей по территории объекта. Защита от вторичных воздействий молнии: 1. От электростатической индукции и заноса высокого потенциала ограничением перенапряжений, наведенных на оборудовании и металлических конструкциях, путем их присоединения к заземлителям определенных конструкций. 2.От электромагнитной индукции ограничением площади незамкнутых контуров внутри зданий путем наложения перемычек в местах сближения металлических коммуникаций.

3. Для исключения искрения в местах соединений протяженных металлических коммуникаций обеспечиваются низкие переходные сопротивления - не более 0,03 Ом, например, во фланцевых соединениях трубопроводов этому требованию соответствует затяжка шести болтов на каждый фланец. Таким образом, система защиты от молний зданий и сооружений трёх категорий обеспечивает безопасность людей и животных находящихся внутри и снаружи объектов во всех нормальных и аварийных режимах эксплуатации электроустановок.

3. Система защиты от молний помещений для содержания животных Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии с большей вероятностью поражать более высокие и хорошо заземленные предметы по сравнению с расположенными рядом объектами меньшей высоты. Поэтому на молниеотвод, возлагается функция перехвата молний, которые в отсутствие молниеотвода поразили бы объект, например животноводческий комплекс. Применительно к сельскохозяйственному производству защита от грозовых и коммутационных перенапряжений должна обеспечивать ограничение тока молнии и возникающих в электроустановке кратковременных импульсов напряжения до допустимых значений.

Это важно не только с позиции защиты электрооборудования от аварий и выходов из строя, но и с позиции обеспечения электробезопасности очень чувствительных к действию электрического тока сельскохозяйственных животных. Дополнительно необходимо устранить патологию скота от электрического тока, т.е. предотвратить снижение продуктивности под воздействием безопасных для жизни животных весьма малых напряжений прикосновения. Когда электроустановка питается от воздушной линии или включает в себя наружный провод, защита от перенапряжений атмосферного происхождения будет обеспечиваться, если рельеф, застройка и уровень местности соответствуют условию внешних влияний (более 25 грозовых дней в году).

Уровень перенапряжения может управляться защитными устройствами, размещенными на вводе в здание или на опорах воздушных линий, или непосредственно в электроустановке здания. Рассмотрим устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в системе заземления TN. На рисунке 4 показаны: 1 - ввод распределительной сети; 2 - распределительный щит; 3 - главный заземляющая шина; 4 - УЗИП; 5а, 5b - заземление УЗИП; 6 - защищаемое оборудование; F - защитное устройство (предохранитель или автоматический выключатель); R А - заземляющий электрод (сопротивление); R В - заземляющий электрод (сопротивление) системы питания.

Специальная защита может потребоваться там, где необходимо обеспечить более высокую надежность или ожидаются большие риски (взрывоопасные или пожароопасные помещения). Для защиты от атмосферных перенапряжений людей и животных, находящихся в зданиях и сооружениях, воздушные линии на деревянных опорах напряжением до 1 кВ, проходящие по открытой местности или на участках с одноэтажной застройкой, должны иметь заземляющие устройства с сопротивлением не более 30 Ом. Заземляющие устройства должны быть выполнены у опор, от которых отходят вводы в помещения, где может быть сосредоточено большое число людей.

Рассмотрим зону защиты молниеотвода сельскохозяйственного объекта, где зона – это часть пространства, которая с достаточной степенью надежности обеспечивает защиту сооружения и людей в нем от прямых ударов молнии. Построение зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой (h) до 60 м. От основания молниеотвода в обе стороны по поверхности земли откладываются отрезки, равные 0,75 h и соединяют прямыми линиями с вершиной молниеотвода. Затем от основания молниеотвода в обе стороны по поверхности земли откладываются отрезки, равные 1,5 h. Полученные точки соединяют прямыми линиями с точкой молниеотвода, расположенной на высоте 0,8 h.

Рисунок 5 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м

Зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой конус с образующей в виде ломаной линии. Построение защитной зоны для отдельных зданий должно выполняться в масштабе. Радиус защиты определяется наибольшей длиной (шириной) объекта в плане (объект должен вписываться в окружность, образуемую этим радиусом). Большинство животноводческих помещений в длину превышают 25м, поэтому требуется установка нескольких молниеотводов. Если длина здания находится в пределах м, а ширина не более 18м, то следует устанавливать двойной стержневой молниеотвод. При длине постройки м и ширине, превышающей 18 м, здание необходимо защищать тремя и более молниеотводами.

На зданиях, имеющих металлические крыши, установка молниеотводов но требуется, так как сама крыша будет являться молниеотводом. Для отвода тока молнии крыша заземляется через каждые м. Заземлители крыши располагаются снаружи здания на расстоянии не менее 4м от его фундамента. Для обеспечения надежной защиты концевых частей объекта крайние молниеотводы, установленные на фронтонах крыши, следует располагать на расстояниях не далее 1 - 2м от края крыши. При двухскатной крыше молниеотводы располагаются в одну линию по середине (коньку) крыши.

Таким образом, обеспечивается стойкость электроустановок в отношении воздействия окружающей среды, особенно ударов молнии. Устройство защиты от молний удовлетворяет всем требованиям, которые предъявляются к заземлению электроустановок зданий и сооружений и обеспечивают необходимую защиту: 1. Людей и животных от поражения электрическим током при повреждении изоляции сети. 2. Электрооборудования в течение всего периода эксплуатации от перенапряжения, сверхтоков при коротких замыканиях и т. д. 3. Персонала и электрооборудования от любых ударов молнии в течение всего периода эксплуатации электроустановки.