A villámcsapások átlagos száma. Épületek, építmények villámvédelme oktatási és módszertani kézikönyv. A villámáram hatása

2/7. oldal

2. Főbb jellemzők zivatar tevékenységés villámcsapások

2.1. A zivatartevékenység intenzitása

A zivatarfelhők kialakulása és ezáltal a zivatartevékenység az éghajlati viszonyoktól és a terepviszonyoktól függ. Ezért a zivatarok tevékenysége a Föld felszínének különböző részein nem azonos. A villámvédelmi intézkedések kiszámításához ismerni kell az adott területen a zivatartevékenységet jellemző fajlagos értéket. Ez az érték a zivatartevékenység intenzitása, amelyet általában az évi zivatarórák vagy zivatarnapok száma határoz meg, amelyet a földfelszínen egy bizonyos helyen végzett megfigyelések több évének számtani átlagaként számítanak ki.
A zivatartevékenység intenzitását a földfelszín egy adott területén az is meghatározza, hogy a földfelszín 1 km 2 -én évente hány villámcsapás történik.
A földfelszín 1 km 2 -én évente bekövetkező villámcsapások átlagos számát a zivatarok átlagos éves időtartamától függően határozzuk meg, és a táblázat tartalmazza. 1.
Asztal 1. A villámcsapások átlagos száma

Rizs. 1. A zivatarok átlagos éves időtartamának térképe zivatarórákban Oroszország, a szomszédos országok és a balti országok területén

Az 1. ábra a zivatarok átlagos éves időtartamának térképét mutatja zivatarórákban Oroszország, a szomszédos országok és a balti országok területén.
A legfeljebb 60 m magasságú, villámvédelemmel nem ellátott, állandó magasságú épületek és építmények (4a. ábra) esetén a várható villámcsapások éves számát a képlet határozza meg.

Ahol:
S - a védett épület (szerkezet) szélessége, m; L - a védett épület (szerkezet) hossza, m; hx az épület magassága az oldalai mentén, m;
n a villámcsapások átlagos száma a Föld felszínének 1 km 2 -én évente az épület építési területén.
A képlet annak figyelembevételével került megadásra, hogy az épületbe vagy építménybe becsapott villámcsapások száma nem csak az épület vagy építmény által elfoglalt területtel arányos, hanem az általa létrehozott védőzónák vetületi területeinek összegével is. az épület vagy építmény tetejének élei és sarkai. Ha az épület egyes részei nem egyenlő magasságúak (4b. ábra), akkor létrejön a védőzóna sokemeletes rész, lefedheti az épület többi részét. Amennyiben a toronyrész védőövezete nem fedi le az egész épületet, akkor a toronyházrész védőövezetén kívül eső épületrésszel is figyelembe kell venni.

Rizs. 4. Építmények által kialakított védőövezet: a - azonos magasságú épületek; b - különböző magasságú épületek.
Az ajánlott képlet lehetővé teszi a villámcsapás valószínűségének kvantitatív értékelését sík területeken, meglehetősen egyenletes talajviszonyok mellett különböző szerkezetekben.
Meg kell jegyezni, hogy a számítási képletben szereplő n paraméter értéke többször is eltérhet a fent megadott értékektől. A hegyvidéki területeken a legtöbb villámcsapás felhők között történik, így az n értéke lényegesen kisebb lehet. Azokra a területekre, ahol nagy vezetőképességű talajrétegek vannak, ahogy azt a megfigyelések is mutatják, szelektíven érintik a villámkisülések, így ezeken a területeken az n értéke lényegesen magasabb lehet. Szelektíven érintettek lehetnek a rosszul vezető talajú területek, ahol kiterjedt fémkommunikáció (kábelvezetékek, fém csővezetékek) van lefektetve. Szelektíven érintettek a talaj fölé emelkedő fémtárgyak (tornyok, kémények) is.

2.2. A villámáram alapvető paraméterei

A villámcsapott tárgyon átfolyó áram idővel gyorsan változik. A villámáram-görbe hozzávetőleges alakja az ábrán látható. 5. A görbe azon részét, amelyen az áram növekszik, a villámáram-impulzus elejének nevezzük. A görbe azon részét, ahol az áramerősség csökken, a villámáram-impulzus csillapításának nevezzük.
Sík területeken a legvalószínűbb a 6104 A-ig terjedő amplitúdójú villámáram A villámáram (6-20)-104 A valószínűsége kicsi, azonban kritikus létesítmények villámvédelmének kialakításakor a villámáram előfordulásának lehetősége. az ilyen áramokat figyelembe kell venni. A hegyvidéki területeken a villámáramok amplitúdója hozzávetőleg fele akkora, mint a sík területeken.
Lényeges jellemző a villámáram frontjának meredeksége (változási sebessége), amely meghatározza mind az induktív feszültségesést azokon a hosszú vezetőkön (villámhárítók, levezetők, földelővezetők stb.), amelyeken az áram folyik, mind pedig a elektromágneses tere okozta emf.

Rizs. 5. A villámáram-görbe hozzávetőleges alakja

2.3. A villámáram hatása

Amikor a villám kisül egy tárgyba, az áramnak termikus, mechanikai és elektromágneses hatásai vannak.
A villámáram hőhatásai. A szerkezeteken áthaladó villámáram hőkibocsátással jár. Ebben az esetben a villámáram hatására a levezető vezeték olvadáspontig melegedhet, vagy akár elpárologhat.
A vezetékek keresztmetszetét úgy kell megválasztani, hogy az elfogadhatatlan túlmelegedés veszélye kizárt legyen.
2.4.1. táblázat. Áramvezető vezetékek javasolt értékei

A fém megolvadása a villámcsatorna érintkezési pontján jelentős lehet, ha a villám éles toronyba csap. Amikor a villámcsatorna fémsíkkal érintkezik, az olvadás kellően hosszú ideig következik be. nagy terület, numerikusan egyenlő négyzetmilliméterben az áram amplitúdójának kiloamperben megadott értékével.
A villámáramok mechanikai hatásai. Nagyon jelentősek lehetnek azok a mechanikai erők, amelyek az épületek és szerkezetek különböző részein keletkeznek, amikor villámáramok haladnak át rajtuk. Elég azt mondani, hogy ha villámáramoknak van kitéve fa szerkezetek teljesen megsemmisülhet, a kőből és téglából készült téglacsövek és egyéb föld feletti építmények jelentős károkat szenvedhetnek.
Amikor a villám betonba csap, keskeny kisülési csatorna képződik. A nyomócsatornában felszabaduló jelentős energia roncsolást okozhat, ami vagy a beton mechanikai szilárdságának csökkenéséhez vagy a szerkezet deformációjához vezet.
Ha a villám vasbetonba csap, a beton tönkremehet az acélmerevítés deformációjával.

2.4. A villámcsapások másodlagos megnyilvánulásai

A villámcsapás másodlagos megnyilvánulása alatt általában azokat a villámkisülések során fellépő jelenségeket értjük, amelyek elektromotoros erők és potenciálkülönbségek megjelenésével járnak különböző fémszerkezeteken, csővezetékeken és vezetékeken (beltéren vagy azok közelében), amelyek nem voltak közvetlenül kitéve közvetlen villámcsapás. A másodlagos megnyilvánulásokat általában elektromágneses és elektrosztatikus indukcióra osztják. A villámlás másodlagos megnyilvánulásai közé tartozik az épületeken és építményeken belüli potenciálkülönbség megjelenése is a föld alatti és föld feletti fémkommunikáción, csővezetékeken, elektromos kábeleken, földalatti felüljárókon, légi kommunikációs és jelzővezetékeken, elektromos légvezetékeken keresztül történő nagy potenciálok bevezetése miatt, gyűjtősínek stb.).
Elektromágneses indukció. A villámkisülés egy időben változó mágneses tér megjelenésével jár a térben. A mágneses tér a különféle kiterjesztett fémtárgyakból (csővezetékek, elektromos vezetékek stb.) kialakított áramkörökben elektromotoros erőt indukál, amelynek nagysága függ a villámáramfront amplitúdójától és meredekségétől, az áramkör méretétől és konfigurációjától. amivel az emf azzal indukálódik. Zárt áramkörökben az indukált emf. elektromos áramok megjelenését okozzák, amelyek felmelegítik az egyes áramköri elemeket. Kis nagyságuk miatt azonban az emf által indukált áramok az épületeken és építményeken belül keletkezhetnek különböző utak, például csővezetékek, fémszerkezetek stb. egy rendszerbe történő összekapcsolásával.
Nyitott áramkörökben, olyan áramkörökben, amelyek érintkezői nem kellően megbízhatóak a csomópontokban, vagy azokon a pontokon, ahol az áramkör egyes elemei közel kerülnek egymáshoz, a keletkező emf. Az elektromágneses indukció szikrázást vagy túlzott felmelegedést okozhat.
Elektrosztatikus indukció. Zivatarfelhő alatt elektromos töltések halmozódnak fel a talajban és minden földi objektumban, nagyságrendileg egyenlők, és ellentétes előjelűek a felhőtöltésekkel és a vezető folyamatok által a jövőbeli villámcsatornába bevitt töltésekkel.
Mivel a felhőpotenciálok növekedése meglehetősen lassan megy végbe, az indukált töltések még a talajhoz képest jó szigetelésű tárgyakon is megjelennek (légi vezetékek, faépületek fémtetői stb.).
Ez azzal magyarázható, hogy minden szigetelésnek van némi szivárgása, ami miatt a felhőhöz hasonló töltések sikerül a talajba áramolni. Ebben az esetben a felhőtöltések mezeje és a valamilyen szivárgó tárgyon indukált töltésmező úgy egymásra épül, hogy kicsi a potenciálkülönbség a tárgyak és a talaj között. A villámkisülés időtartama, amelynek eredményeként a felhőtöltés nagy része és a vezérfolyamatok által bevitt töltés semlegesül, több nagyságrenddel rövidebb, mint a zivatarfelhő kialakulásának és a vezető-, ill. villám. A nagy szivárgási ellenállás miatt a villámkisülés ideje alatt a tárgyon indukált töltéseknek nincs idejük a talajba áramolni. Ezért az objektum és a talaj között potenciálkülönbség keletkezik, amelyet a tárgyon indukált töltések okoznak, és amelyek mezőjét már nem kompenzálja a felhő töltéseinek tere.
Potenciálkülönbség léphet fel az épület fémtetője és a víz, ill csatornacsövek, az épületben elhelyezett elektromos vezetékek és egyéb földelt tárgyak.
Minél magasabb az objektum, annál nagyobb potenciál indukálódik rajta, és annál nagyobbnak kell lennie a biztonságos távolságnak az objektum és a legközelebbi földelt tárgy között.
Az épületben vagy szerkezetben az elektrosztatikus indukció által okozott potenciálok megjelenése elleni küzdelem fő intézkedése az épületben vagy szerkezetben lévő összes vezető elem földelése.
Magas potenciálok bevezetése épületekbe és építményekbe. A villámlás másodlagos megnyilvánulásai közé tartozik a jelentős feszültségek megjelenése az épületeken vagy építményeken belül a nagy potenciálok levegőn és föld alatti fémkommunikáción keresztül történő átvitele miatt.
Az épületekbe és építményekbe ezeken a kommunikációkon keresztül történő nagyfeszültség bevezetése nemcsak a kommunikáció és a védett objektum közötti fémkapcsolat jelenlétében, hanem annak hiányában is megtörténhet. Például, ha a kiterjesztett fémkommunikáció a villámhárító közvetlen közelében található, a villámhárító potenciáljának jelentős növekedése, amely közvetlen villámcsapásból ered, azt okozhatja, hogy a szigetelés a levegőn keresztül a villámhárítóból a villámhárító egy részébe áramlik. a kommunikációt.
Az épület összes nagy részének összekapcsolása (potenciálkiegyenlítés) kiküszöböli az átfedések kockázatát.
A nagy potenciálok külső kommunikáción keresztül történő bevezetése robbanásveszélyes épületekbe és építményekbe elfogadhatatlan. A III. kategóriájú, nem robbanásveszélyes épületeknél és építményeknél a nagy potenciál bevezetése veszélyt jelent a bennük lévőkre, esetenként tüzet is okozhat az elektromos vezetékek szigetelésének meghibásodása miatt. Ezért ezen objektumok céljától függően meg kell különböztetni az épületek és építmények védelmét szolgáló intézkedéseket.

A zivatarok átlagos éves időtartama A villámcsapások fajlagos sűrűségen M.. Összehúzódási sugár Rst.. Közvetlen villámcsapások száma egy tárgyba.. A villámveszély mértéke.

A tervező feladata, hogy a projektben megbízható és praktikus villámvédelmi rendszert biztosítson a létesítmény számára. A villámcsapás elleni hatékony védelmet biztosító védelmi intézkedések elegendő mennyiségének meghatározásához meg kell érteni a védett szerkezetbe történő közvetlen villámcsapások előrejelzett számát. BAN BENElőször is, a közvetlen villámcsapások gyakorisága az objektum helyén a zivatarok gyakoriságától függ.

Így az Északi-sarkkörön túl szinte nincs zivatar, de az Észak-Kaukázus déli vidékein, Krasznodar Területen, a szubtrópusi övezetben vagy Szibéria egyes területein, ill. Távol-Kelet, gyakoriak a zivatarok. A zivatartevékenység felmérésére regionális térképek állnak rendelkezésre a zivatartevékenység intenzitására, amelyek a zivatarok átlagos időtartamát jelzik óránként. Természetesen ezek a térképek messze nem tökéletesek. Alkalmasak azonban durva becslésekre. Például Oroszország középső részén évente 30-60 zivataróráról beszélhetünk, ami évi 2-4 villámcsapásnak felel meg 1 km-enként. 2 a Föld felszíne.

Villámkisülések fajlagos sűrűsége

Átlagos éves villámcsapások száma 1 km-en 2 a föld felszíne vagy a villámkisülések fajlagos sűrűsége ( n M) az objektum helyén végzett meteorológiai megfigyelések alapján kerül meghatározásra. Ha ismeretlen, akkor a következő képlettel számítható ki:

n M = 6,7*T d /100 (1/km 2 év)

Ahol Td– a zivatarok átlagos éves időtartama órában, a zivatartevékenység regionális térképei alapján meghatározva.

A villámcsapások gyakoriságának becslése az összehúzódási sugáron keresztül

A villámkisülések fajlagos sűrűségének meghatározása után a tervezőnek meg kell becsülnie, hogy ezeknek a villámcsapásoknak mekkora része éri a védett objektumot.
Az összehúzódási sugár (Rst) segítségével értékelhető. A tapasztalat azt mutatja, hogy egy h magasságú objektum átlagosan minden villámot magához vonz távolról egészen a következőkig: Első ≈ 3 óra.

Ez az összehúzódási sugár. A tervben meg kell rajzolnia egy vonalat, amely az objektum külső kerületétől Rst távolságra van. A vonal korlátozza az összehúzódási területet (Sst). Bármilyen elérhető módszerrel kiszámítható (még a milliméterpapír celláival is).

Ez az értékelés olyan összetett alakú tárgyakra is alkalmas, amelyek egyes töredékei alapvetően eltérő magasságúak. Az egyes töredékek közelében, a fajlagos magasságuk alapján, egy görbe van kialakítva, amely korlátozza a saját összehúzódási területét. Természetesen részben átfedik egymást. Csak a külső boríték által bezárt területet kell figyelembe venni, amint az az ábrán látható. 1. Ez a terület határozza meg a villámcsapások várható számát.
1. ábra

A védett objektumba történő közvetlen villámcsapások számát egyszerűen meghatározzák: az összehúzódási terület négyzetkilométerben kifejezett értékét megszorozzák a villámkisülések fajlagos sűrűségével:

N M = n M*Sst.

Gyakorlati következtetések

Ebből a módszertanból számos nyilvánvaló következtetés következik.
Először is, az egyetlen koncentrált objektumba, például egy toronyba vagy támasztékba, amelynek magassága sokkal nagyobb, mint a többi teljes méret, a villámcsapások száma arányos lesz a magasság négyzetével (Sst=π(3h) 2 ), és kiterjesztett objektumok (például elektromos vezeték) esetén – az első hatvány magasságával arányosan. Más objektumok köztes pozíciót foglalnak el a konfigurációban.

Másodszor, ha sok objektum felhalmozódik egy korlátozott területen, amikor összehúzódási területeik részben átfedik egymást (városfejlődés), az egyes objektumok villámcsapásának száma észrevehetően kevesebb lesz, mint ugyanazon objektum nyílt területen.
Sűrűn beépített körülmények között, amikor szabad hely az objektumok között lényegesen kisebb, mint a magasságuk, akkor mindegyik objektum gyakorlatilag csak a tető területéről gyűjti össze a villámokat, és a magassága megszűnik semmilyen észrevehető szerepet játszani. Mindezt az üzemeltetési tapasztalatok meggyőzően igazolják.

Villámveszélyes szint

A villámveszély mértékének értékelése során van egy árnyalat, amelyet egy példával jobban meg lehet magyarázni. Tegyük fel, hogy megbecsüljük egy 30 m magas antennaárbocot érő becsapódások számát. Jó pontossággal feltételezhetjük, hogy az összehúzódási területe egy kör, amelynek sugara Rst ≈ 3h = 90 m, és egyenlő Sst = 3,14*(90) 2 ≈25 000 m 2 = 0,025 km 2 .

Ha az árboc helyén a villámkisülések fajlagos sűrűsége n M= 2, akkor az árbocnak évente átlagosan Nm = 0,025 x 2 = 0,05 villámcsapást kell felvennie. Ez azt jelenti, hogy átlagosan 1 villámcsapás történik 1/Nm = 20 üzemévenként. Természetesen nem lehet tudni, hogy ez mikor fog megtörténni: egyenlő valószínűséggel bármikor megtörténhet, mind az első, mind a huszadik működési évben.

Ha egy adott antennaárboc esetében a villámveszély mértékét a tulajdonosok helyzetéből mérjük fel mobiltelefonok, akkor valószínűleg kibírja a kommunikációs szünetet, ami 20 éves működés során egyszer előfordulhat. Lehet, hogy maga a telefontársaság egészen más megközelítést alkalmaz. Ha nem egy, hanem 100 antennarendszert üzemeltet, akkor nem valószínű, hogy a cég elégedett lesz az átlagosan 100/20 = 5 antennaegység éves javítási lehetőségével.

Azt is el kell mondani, hogy a közvetlen villámcsapások gyakoriságának felmérése önmagában keveset mond. Valójában nem a villámcsapások gyakorisága a fontos, hanem az azokból származó esetleges pusztító következmények valószínűségének felmérése, amely lehetővé teszi bizonyos villámvédelmi intézkedések megvalósíthatóságának meghatározását. Olvassa el az erről szóló blogbejegyzéseket is:

A fák gyakran válnak villámcsapás célpontjává, ami néha nagyon súlyos következményekkel jár. Szó lesz a villámcsapás veszélyeiről mind magukra a fákra, mind a közelükben élőkre nézve, valamint arról, hogyan csökkentheti a jelenséggel járó kockázatokat.

Hová csap a villám?

A Föld nagy részén a zivatarok meglehetősen mindennaposak. A Föld felett ugyanakkor mintegy másfél ezer zivatar tombol. Moszkvában például minden évben több mint 20 zivatarnap van. De annak ellenére, hogy ez a természeti jelenség ismerős, ereje nem tudja megdöbbenteni. Az átlagos villámáram körülbelül 100 000 volt, az áram pedig 20 000–50 000 amper. A villámcsatorna hőmérséklete eléri a 25 000 – 30 000 °C-ot. Nem meglepő, hogy az épületekbe, fákba vagy emberekbe csapó villámok, amelyek elektromos töltését szétterítik, gyakran katasztrofális következményekkel járnak.

Bár egy földi objektumba – legyen az épület, árboc vagy fa – becsapó villám meglehetősen ritka esemény, óriási pusztító ereje a zivatarokat az egyik legveszélyesebb természeti jelenséggé teszi az ember számára. A statisztikák szerint tehát minden hetedik kigyullad vidéki területek villámcsapás miatt kezdődik, a villámlás a második helyen áll a természeti katasztrófák által okozott halálesetek számában, csak az áradások után.

A földi objektumok (beleértve a fákat) villámcsapás általi károsodásának valószínűsége több tényezőtől függ:

• a régió zivatartevékenységének intenzitásáról (az éghajlati jellemzőkkel összefüggésben);
• az objektum magasságáról (minél magasabb, annál valószínűbb a villámcsapás);
• a tárgy elektromos ellenállásától és az alatta elhelyezkedő talajrétegektől (minél kisebb az objektum és az alatta elhelyezkedő talajrétegek elektromos ellenállása, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy villámkisülés kerül bele).

A fentiekből kitűnik, hogy miért válnak a fák gyakran a villámok célpontjaivá: a fa gyakran a domborzat domináns magassági eleme, a nedvességgel telített élőfa, amely alacsony elektromos ellenállású, mély talajrétegekhez kapcsolódik, gyakran jól megalapozott; természetes villámhárító.

Zivataraktivitás a moszkvai régió egyes településein

Helység	A zivatarok átlagos éves időtartama, óra	A villámcsapások fajlagos sűrűsége 1 km²-enként	A zivatartevékenység általános jellemzői
Volokolamszk	40–60	4	magas
Istra	40–60	4	magas
Új Jeruzsálem	40–60	4	magas
Pavlovszkij Poszad	20–40	2	átlagos
Moszkva	20–40	2	átlagos
Kashira	20–40	2	átlagos

Mi a veszélye annak, hogy egy fába villám csap?

A fába csapott villámlás következményei gyakran pusztítóak mind saját magára, mind a közeli épületekre nézve, és jelentős veszélyt jelentenek az adott pillanatban a közelben tartózkodó emberekre is. Amikor egy erős elektromos töltés áthalad a fán, erőteljes hőfelszabadulás és a nedvesség robbanásszerű elpárolgása történik a törzsben. Ez különböző súlyosságú károsodásokat eredményez: a felületi égésektől vagy repedésektől a törzs teljes hasadásáig vagy a fa tüzéig. Egyes esetekben jelentős mechanikai sérülések keletkeznek a törzs belsejében (hosszirányú repedések vagy fahasadások az évgyűrűk mentén), amelyek külső vizsgálat során gyakorlatilag nem láthatók, de jelentősen növelik a fa közeljövőben történő kidőlésének kockázatát. Gyakran súlyos, de szemrevételezéssel nem észrevehető károk keletkezhetnek a fa gyökereiben.

Ha a villám okozta károk nem vezetnek a fa azonnali pusztulásához vagy elpusztulásához, az általa kapott kiterjedt sérülések veszélyes betegségek, például rothadás, érrendszeri betegségek kialakulását idézhetik elő, és a legyengült növény a szárkártevők könnyű prédájává válik. Emiatt a fa veszélytelenné válhat vagy kiszáradhat.

A fákba (beleértve az élőket is) becsapó villám gyakran okoz tüzet, amely átterjed a közeli épületekre. Néha egy fa oldalsó kisülése átkerül az épület falára, még akkor is, ha villámhárító van rá szerelve. Végül az érintett fából származó elektromos potenciál átterjed a talaj felszíni rétegeibe, ami azt eredményezheti, hogy bejuthat egy épületbe, károsíthatja a föld alatti közműveket, vagy áramütést okozhat az emberekben vagy a háziállatokban.

Egy fába csapott villám akkor is jelentős anyagi kárt okozhat, ha nem történik vészhelyzet. Hiszen egy ilyen fa biztonságosságának felmérése, különleges gondozása, vagy akár egy kiszáradt vagy reménytelenül beteg fa egyszerű eltávolítása jelentős anyagköltséggel járhat.

Néha egy fa oldalsó kisülése átkerül az épület falára, még akkor is, ha villámhárító van rá szerelve.

Szabályozási kérdések

Gyakorlatilag indokolt tehát a különösen értékes fák (melyek a tájkompozíciók központját képezik, történeti és ritka) vagy a ház közelében termő fák villámvédelme. azonban normatív alap, a fák villámvédelmét előíró vagy szabályozó, hazánkban teljesen hiányzik. Ez az állapot inkább a hazai szabályozási keret tehetetlenségének a következménye, mint az urbanizált környezetben a fák villámcsapásaival kapcsolatos kockázatok megfelelő felmérésének.

A fő jelenlegi hazai villámvédelmi szabvány 1987-ig nyúlik vissza. A jelen dokumentumban a külvárosi területek villámvédelemmel kapcsolatos attitűdje az akkori realitásokat és álláspontokat tükrözi: a legtöbb kertvárosi épület anyagi értéke alacsony volt, és az állam érdekei a köztulajdon védelmére irányultak, nem pedig a magántulajdon védelmére. Ezenkívül a hazai szabványok összeállítói abból a feltételezésből indultak ki, hogy a külvárosi lakások építése során építési szabályzatokés szabályokat, de ez nem mindig van így. Különösen, minimális távolság a fa törzsétől az épület faláig legalább 5 m legyen. külvárosi építkezés a házak gyakran fák közelében helyezkednek el. Ezenkívül az ilyen fák tulajdonosai általában nem hajlandók beleegyezni azok eltávolításába.

Más országokban vannak szabványok a villámvédelemre: például az amerikai - ANSI A 300 Rész 4 vagy brit – Brit szabvány A 6651 a fák villámvédelmét is szabályozza.

A fatörzs és az épület fala közötti minimális távolság legalább 5 m legyen.

Mikor van szükség védelemre?

Milyen esetekben van értelme villámvédelemre gondolni egy fánál? Felsoroljuk azokat a tényezőket, amelyek alapján egy ilyen döntés javasolható.

A fa nyílt területeken nő, vagy észrevehetően magasabban, mint a szomszédos fák, épületek, építmények és domborzati elemek. A magasabb magasságú tárgyakat gyakrabban éri a villám.

Erős zivataraktivitású terület. A zivatarok nagy gyakoriságával nő a fák (valamint más tárgyak) károsodásának valószínűsége. A zivatartevékenység fő jellemzői a zivatarórák átlagos éves száma, valamint a földbe csapások átlagos fajlagos sűrűsége (a villámcsapások átlagos éves száma 1 km²-en) a földfelszínen. Ez utóbbi mutató segítségével számítható ki egy objektumban (beleértve a fát is) a villámcsapás által okozott károk számát évente. Például egy olyan területen, ahol évente átlagosan 40–60 óra zivatar tart (különösen a moszkvai régió egyes területein), egy 25 m magas fa 20 évente egyszer várhatóan megsérül.

A telek elhelyezkedése tározók, föld alatti források közelében, magas talajnedvesség a területen . Ez az elrendezés tovább növeli a fába való villámcsapás kockázatát.

A magas fa három méterrel vagy kevesebbre nő az épülettől. A fa ilyen elrendezése nem befolyásolja a villámcsapás valószínűségét. Az épületek közelében elhelyezkedő fák károsodása azonban jelentős veszélyt jelent mind magukra az épületekre, mind a bennük lévő emberekre. Ugyanakkor a fa kidőlése esetén megnő az épület károsodásának veszélye, ha az kigyullad, a tűz átterjedhet az épületre.

Faágak lógnak az épület teteje felett, érintik a falait, az előtetőket, az ereszcsatornákat vagy a homlokzat díszítőelemeit. Ebben az esetben megnő az épület károsodásának, a tűzesetnek és a kisülésnek a házba történő átjutásának kockázata is.

A fa olyan faj, amelyet gyakran vagy rendszeresen ér villámcsapás . Egyes fafajokat nagyobb valószínűséggel csap a villám, mint másokat. A tölgyfákat leggyakrabban villámcsapás éri.

Az épület mellett növő fa gyökerei érintkezhetnek a földalatti alappal vagy a házhoz vezető közművekkel.. Ebben az esetben, ha egy fát villámcsapás ér, megnő annak a valószínűsége, hogy a kisülés a helyiségbe „bejusson”, vagy a kommunikáció (például az öntözőrendszer érzékelői és az elektromos hálózatok) megsérüljön.

Az épületek villámvédelmével foglalkozó szakértők külön villámhárító beépítését javasolják, míg 3-10 m távolságban olyan fák találhatók, amelyek magasságban és egyéb paraméterekben megfelelőek a villámhárító és a levezető beépítésére.. Egy külön árboc felszerelése meglehetősen költséges lehet. A vidéki házak sok tulajdonosa számára az ilyen árbocok esztétikailag is elfogadhatatlanok. És végül, egy árboc erdőterületen történő elhelyezése úgy, hogy a fa gyökerei ne sérüljenek meg az építés során, vagy a fickó vezetékek ne zavarják az emberek mozgását, nagyon nehéz lehet.

Bizonyos fajok nem védett fáinak károsodására való érzékenysége
(szabványból ANSI A 300, Rész 4)

Működési elve

A villámvédelmi rendszer működési elve, hogy a villámkisülést a villámhárító „elfogja”, a levezető biztonságosan végrehajtja, és földeléssel továbbítja a talaj mély rétegeibe.

A fa villámvédelmi rendszer összetevői: egy légcsatlakozó (egy vagy több), egy felső levezető vezeték, egy föld alatti levezető és egy földelő rendszer, amely több földelőrúdból vagy lemezből áll.

Saját villámvédelmi rendszereink kidolgozásakor szembesültünk azzal az igénysel, hogy ötvözzük az épületek és építmények villámvédelmi hazai szabványait és a fák villámvédelmét szabályozó nyugati szabványokat. Az ilyen kombináció szükségességét az okozza, hogy a hatályos hazai szabványok nem tartalmaznak ajánlásokat a fákra való villámvédelmi rendszerek telepítésére, a régebbi előírások pedig olyan utasításokat tartalmaznak, amelyek veszélyt jelentenek a fa egészségére. Ugyanakkor az ANSI A 300 amerikai szabvány, amely részletes információkat tartalmaz a rendszer fára való felszereléséről, valamint a telepítési és karbantartási elvekről, alacsonyabb követelményeket támaszt a rendszer elektromos biztonságával szemben a hazai szabványokhoz képest.

A villámvédelmi alkatrészek rézből vagy rozsdamentes acélból készülnek. Ebben az esetben a korrózió elkerülése érdekében a kiválasztott anyagok közül csak egy kerül felhasználásra a vezetőelemek közötti összes csatlakozásban és érintkezésben. Réz használatakor azonban megengedett a bronz rögzítőelemek használata. A réz alkatrészek drágábbak, de nagyobb a vezetőképességük, ami lehetővé teszi, hogy az alkatrészek kisebbek legyenek, kevésbé láthatóak legyenek, és csökkenjenek a rendszer telepítési költségei.

A statisztikák szerint minden hetedik tűzvész villámcsapásból indul ki vidéken a természeti katasztrófák által okozott halálesetek számát tekintve, a villámlás a második helyen áll, csak az áradások után.

Rendszer összetevők

A villámhárító a végén zárt fémcső. A levezető a villámhárító belsejébe kerül, és csavarokkal van rögzítve.

Terjedő koronájú fákhoz további áramszedőkre lehet szükség, mert ilyenkor a villámkisülés a villámhárítótól távolabb eső ágakat vagy csúcsokat csaphat le. Ha egy fán fémkábeleken alapuló mechanikus ágtartó rendszer van, akkor villámvédelem elvégzésekor azt is földelni kell. Ehhez egy további áramvezetőt rögzítenek hozzá csavaros érintkező segítségével. Figyelembe kell venni, hogy a réz és a horganyzott kábel közvetlen érintkezése elfogadhatatlan, mivel ez korrózióhoz vezet.

A villámhárítók és a kiegészítő érintkezők levezető vezetékei speciális szorítóérintkezőkkel vagy csavaros csatlakozásokkal vannak csatlakoztatva. Az ANSI A 300 szabványnak megfelelően a fák villámvédelmére különböző szövésű tömör acélkábelek formájában lévő levezetőket használnak. A hazai szabványoknak megfelelően a réz levezető minimális effektív keresztmetszete 16 mm², minimális méret az acél levezető effektív keresztmetszete 50 mm. A vezetékek fán keresztül történő lefektetésekor kerülni kell azok éles hajlását. A 900°-nál kisebb szögű lehajlítások elfogadhatatlanok.

A levezető vezetékeket fém bilincsekkel rögzítik a törzshöz, néhány centiméterre a törzs fájába temetve. A bilincsek anyaga nem vezethet érintkezési korrózióhoz, amikor a lefelé vezetőhöz csatlakoztatják. A vezetékek rögzítése úgy, hogy dróttal fához köti őket, nem lehetséges, mivel a törzs sugárirányú növekedése gyűrűsérülésekhez és a fa kiszáradásához vezet. A levezető vezetékek merev rögzítése a törzs felületén (kapcsokkal) a törzsbe való növekedéshez vezet, ami csökkenti a rendszer tartósságát és biztonságát, valamint kiterjedt szárrothadás kialakulását. A legjobb lehetőség rendszerrögzítés – dinamikus bilincsek beépítése. Ilyenkor a törzs átmérőjének növekedésével a kábelekkel ellátott tartókat a faszövet nyomása automatikusan a rúd végére szorítja. Vegye figyelembe, hogy a bilincsek csapjainak néhány centiméteres mélyítése a fában, majd az azt követő részleges fával való tokozás gyakorlatilag nem okoz kárt abban.

A levezető vezetékek lemennek a törzsön az aljáig, és el vannak temetve az árokban.

Az ANSI A 300 szabvány által előírt minimális árokmélység a levezető vezeték föld alatti részének 20 cm. Azokban az esetekben, amikor a gyökérkárosodás különösen nem kívánatos, speciális felszerelést kell használni az árok megépítéséhez. Például a légkés egy kompresszor eszköz, amelyet teljesítményre terveztek földmunkák a fatörzsövezetben. Erős, fókuszált légárammal ez az eszköz képes eltávolítani a talajrészecskéket anélkül, hogy a legfinomabb fa gyökereit is károsítaná.

A földelő berendezés típusát és paramétereit, valamint azt a távolságot, ameddig a levezető vezetéknek meg kell nyúlnia hozzá, a talaj tulajdonságai határozzák meg. Ez annak köszönhető, hogy az impulzus földelési ellenállását a szükséges szintre kell csökkenteni - az elektromos ellenállást a földelő elektródáról érkező elektromos áramimpulzus terjedésére. A hazai szabványok szerint az emberek által rendszeresen látogatott helyeken az ilyen ellenállás nem haladhatja meg a 10 ohmot. A földelési ellenállás ezen értékének ki kell zárnia a föld alatti levezető vezetékből és a földelőelektródából a talaj felszínére áramló szikratörést, és ezért meg kell akadályoznia az emberek, az épületek és a kommunikáció elektromos áram általi károsodását. A fő talajjelző, amely meghatározza a földelési séma kiválasztását, a talaj ellenállása - az 1 m³ föld két felülete közötti ellenállás, amikor az áram áthalad rajta.

Minél nagyobb a talaj ellenállása, annál kiterjedtebbnek kell lennie a földelési rendszernek, hogy biztosítsa az elektromos töltés biztonságos áramlását. Alacsony ellenállású talajokon - 300 Ohm-ig (agyag, agyag, vizes élőhelyek) - általában két függőleges földelőrúdból álló földelési rendszert használnak, amelyeket egy lefelé vezető vezeték köt össze. A rudak között legalább 5 m távolságot kell tartani. A rudak hossza 2,5-3 m, felső határ a rudat 0,5 m-rel mélyítjük.

A magas ellenállási értékű talajokon (homokos vályog, homok, kavics) többsugaras földelő rendszereket használnak. A lehetséges földelési mélység korlátozásakor földelő lemezeket használnak. A földelési megbízhatóság ellenőrzésének és tesztelésének megkönnyítése érdekében a földelő elemek fölé kis kutak vannak beépítve.

A talaj ellenállása nem állandó érték, értéke erősen függ a talaj nedvességétől. Ezért a száraz évszakban a földelés megbízhatósága csökkenhet. Ennek megelőzésére számos technikát alkalmaznak. Először, amikor csak lehetséges, a talajrudakat helyezzük az öntözési területre. Másodszor, a rúd felső része 0,5 m-rel a talaj felszíne alá van temetve (a talaj felső 0,5 m-e a leginkább hajlamos a kiszáradásra). Harmadszor, ha szükséges, bentonitot adnak a talajhoz - ez egy természetes nedvességmegtartó komponens. A bentonit ásványi agyag apró kolloid részecskéi, amelyek pórustere jól megtartja a nedvességet és stabilizálja a talaj nedvességét.

A nedvességgel telített élőfa, amely alacsony elektromos ellenállású, mély talajrétegekhez kapcsolódik, gyakran jól földelt természetes villámvezetőt jelent.

Gyakori hibák

A hazai gyakorlatban a fák villámvédelmét ritkán alkalmazzák, és azokban az esetekben, amikor mégis elvégzik, számos súlyos hibát követnek el a tervezés során. Így általában fémrudakat használnak villámhárítóként, amelyeket drót vagy fém karikákkal rögzítenek a fához. Ez a rögzítési lehetőség súlyos gyűrűs sérülésekhez vezet a törzsön, ami idővel a fa teljes kiszáradásához vezet. Bizonyos veszélyt jelent az is, ha egy lefelé vezető vezeték benő a fa törzsébe, ami kiterjedt, nyílt hosszanti sebek megjelenéséhez vezet a törzsön.

Mivel a fákon a villámvédelem felszerelését villanyszerelők végzik, a fára való felmászáshoz általában gaffokat (görcsöket) használnak - fémtüskés csizmát, amely súlyos sérüléseket okoz a fán.

Sajnos a fakorona jellemzőit is figyelmen kívül hagyják: általában nem veszik figyelembe, hogy több villámhárítót kell felszerelni a széles koronával rendelkező fákra, és nem veszik figyelembe a fa elágazásának szerkezeti hibáit fiók, ami gyakran a beépített villámhárító tetejének töréséhez és leeséséhez vezet.

A fák villámvédelme nem nevezhető általános gyakorlatnak. Mérsékelt zivataraktivitású területeken meglehetősen ritkák a végrehajtására vonatkozó jelzések. Mindazonáltal olyan esetekben, amikor szükség van a fák villámvédelmére, rendkívül fontos a helyes végrehajtása. Az ilyen rendszerek tervezése és telepítése során nemcsak magának a villámhárítónak a megbízhatóságát kell figyelembe venni, hanem a rendszer biztonságát is a védett fa számára.

A villámvédelem végső megbízhatósága mindkettőtől függ a helyes választás anyagaira, érintkezőire és földelésére, valamint magának a fa stabilitására. Csak a korona szerkezetének, a sugárirányú növekedésnek és a fa gyökérrendszerének elhelyezkedésének figyelembevételével lehetséges olyan villámvédelmi rendszer kialakítása, amely megbízható és nem okoz veszélyes sérüléseket a fában, ezért nem hoz létre szükségtelen kockázatok a közelben élők számára.

A várható N számú villámcsapás évente a következő képletekkel számítható ki:

koncentrált épületekhez és építményekhez (kémények, tornyok, tornyok)

téglalap alakú épületekhez és építményekhez

ahol h az épület vagy építmény legnagyobb magassága, m; S, L - az épület vagy szerkezet szélessége és hossza, m; n a villámcsapások átlagos éves száma a földfelszín 1 km-ére (a talajba csapások fajlagos sűrűsége) az épület vagy építmény helyén.

Összetett kialakítású épületek és építmények esetén annak a legkisebb téglalapnak a szélessége és hossza, amelybe az épület vagy építmény a tervben beírható, S-nek és L-nek számít.

A Szovjetunió területén egy tetszőleges pontra a földbe csapódó villámok fajlagos sűrűségét n a zivatarok átlagos éves időtartama alapján határozzák meg, órákban a következők szerint:

0 " style="margin-left:2.0pt;border-collapse:collapse;border:none">

3. FÜGGELÉK

VILLÁMVEZETÉS VÉDELMI ZÓNÁK

1. Egyrúd villámhárító.

A h magasságú egyrúdú villámhárító védelmi zónája egy körkúp (A3.1. ábra), melynek teteje h0 magasságban van.

1.1. A h £ 150 m magasságú egyrúdú villámhárítók védelmi zónái a következő méretekkel rendelkeznek.

A zóna: h0 = 0,85h,

r0 = (1,1 - 0,002 óra) óra,

rx = (1,1 - 0,002 óra) (h - hx/0,85).

B zóna: h0 = 0,92 óra;

rx = 1,5 (h - hx/0,92).

A B zóna esetében egyetlen rudas villámhárító magassága ismert h értékekkel és a képlettel határozható meg

h = (rx + 1,63 hx)/1,5.

Rizs. P3.1. Egy rudas villámhárító védelmi zónája:

I - a védőzóna határa hx szinten, 2 - ugyanaz a talajszinten

1.2. Sokemeletes épületek egyrúdú villámhárítóinak védőzónái 150< h < 600 м имеют следующие габаритные размеры.

2. Dupla rudas villámhárító.

2.1. A h £ 150 m magasságú kettős rudas villámhárító védelmi zónája az ábrán látható. P3.2. A védőzóna végterületei egyes villámhárítók zónáiként határozhatók meg, amelyek h0, r0, rx1, rx2 teljes méretei a jelen függelék 1.1.

Rizs. P3.2. Dupla rudas villámhárító védelmi zónája:

1 - a védelmi övezet határa hx1 szinten; 2 - ugyanaz a hx2 szinten,

3 - ugyanaz a talajszinten

A kettős rudas villámhárító védőzónáinak belső területei a következő méretekkel rendelkeznek.

;

2 órakor< L £ 4h

;

;

L > villámhárító távolsággal

órakor< L £ 6h

;

;

Ha a villámhárítók közötti távolság L > 6h, a B zóna kialakításához a villámhárítókat egyetlennek kell tekinteni.

Ismert hc és L értékekkel (rcx = 0-nál) a B zóna villámhárítójának magasságát a képlet határozza meg

h = (hc + 0,14 L) / l,06.

2.2. Két különböző magasságú, h1 és h2 £ 150 m védőzóna az ábrán látható. A h01, h02, r01, r02, rx1, rx2 védőzónák végterületeinek méreteit az 1.1. pont képletei szerint határozzuk meg, mint az egyetlen villámhárító mindkét típusának védőzónái esetében. A védőzóna belső területének teljes méreteit a következő képletek határozzák meg:

;

;

ahol a hc1 és hc2 értékeit a jelen függelék 2.1. pontjában található hc képletekkel számítják ki.

Két különböző magasságú villámhárító esetén a kettős rudas villámhárító A zónájának építése L £ 4 óra percnél, a B zónában pedig L £ 6 óra percnél történik. A villámhárítók közötti megfelelő nagy távolságok esetén egyetlennek tekintendők.

Rizs. P3.3 Két különböző magasságú villámhárítóval védett zóna. A jelölések ugyanazok, mint az ábrán. P3.1

3. Több villámhárító.

A többszörös villámhárító védelmi zónája (A3.4 ábra) a páros, szomszédos villámhárítók védelmi zónája, amelynek magassága h £ 150 m (lásd e függelék 2.1. és 2.2. bekezdéseit).

Rizs. P3.4. Többszörös villámhárító védelmi zónája (a tervben). A jelölések ugyanazok, mint az ábrán. P3.1

Az A és B zóna megbízhatóságának megfelelő megbízhatósággal rendelkező egy vagy több hx magasságú objektum védelmének fő feltétele az rcx > 0 egyenlőtlenség teljesülése minden párban vett villámhárító esetén. Ellenkező esetben a védőzónák kialakítását egy- vagy kettős villámhárítóra kell elvégezni, a jelen függelék 2. pontjában foglalt feltételek teljesülésétől függően.

4. Egykábeles villámhárító.

Egyetlen kábel-villámhárító védelmi zónája h £ 150 m magasságban az ábrán látható. A3.5, ahol h a kábel magassága a fesztáv közepén. Figyelembe véve a 35-50 mm2 keresztmetszetű kábel megereszkedését ismert támaszmagasságú ugrás- és fesztávolsággal A A kábel magasságát (méterben) a következők határozzák meg:

h = ugrás - 2 at a< 120 м;

h = ugrás - 3 120-nál< а < 150м.

Rizs. P3.5. Egyetlen felsővezetékes villámhárító védelmi zónája. A jelölések ugyanazok, mint az ábrán. P3.1

Egyetlen kábel-villámhárító védelmi zónái a következő méretekkel rendelkeznek.

Egy B típusú zónánál egyetlen kábel-villámhárító magasságát ismert hx és rx értékekkel a képlet határozza meg

5. Dupla kábel villámhárító.

5.1. A h £ 150 m magasságú duplakábeles villámhárító védelmi zónája az ábrán látható. P3.6. Az A és B védelmi zónák r0, h0, rx méreteit e függelék 4. pontjának megfelelő képletei szerint kell meghatározni. A fennmaradó zónaméretek meghatározása a következőképpen történik.

Rizs. PZ.6. Duplakábeles villámhárító védőzóna. A jelölések ugyanazok, 410 és a 2. ábrán. P3.2

órakor< L £ 2h

;

2 órakor< L £ 4h

;

Ha a kábel-villámhárítók közötti távolság L > 4h, az A zóna megépítéséhez a villámhárítókat egyetlennek kell tekinteni.

órakor< L £ 6h

;

;

Ha a kábel-villámhárítók közötti távolság L > 6h, a B zóna kialakításához a villámhárítókat egyetlennek kell tekinteni. Ismert hc és L értékekkel (rcx = 0-nál) a kábel-villámhárító magasságát a B zónában a képlet határozza meg

h = (hc + 0,12 l)/1,06.

Rizs. P3.7. Két különböző magasságú kábel-villámhárító védőzónája

5.2. Két különböző magasságú h1 és h2 kábel védelmi zónája az ábrán látható. P3.7. Az r01, r02, h01, h02, rx1, rx2 értékeket e függelék 4. bekezdésében található képletek szerint határozzuk meg, mint egyetlen felsővezetékes villámhárító esetében. Az rc és hс méretek meghatározásához a következő képleteket használjuk:

;

ahol a hc1-et és a hc2-t az e függelék 5.1. szakaszában található hc-képletekkel számítják ki.

(RD34.21.122-87)

Ennek a kézikönyvnek az a célja, hogy elmagyarázza és pontosítsa az RD 3421.122-87 főbb rendelkezéseit, valamint megismertesse a különféle objektumok villámvédelmének fejlesztésében és tervezésében részt vevő szakembereket a villámlás fejlesztésével és a veszélyes hatásokat meghatározó paramétereivel kapcsolatos meglévő elképzelésekkel. az embereken és anyagi értékek. Példák találhatók különböző kategóriájú épületek és építmények villámvédelmének megvalósítására az RD 34.21.122-87 követelményei szerint.

1. RÖVID TÁJÉKOZTATÓ A VILLÁLMÁRÁSRÓL ÉS EZEK PARAMÉTEREIRE

A villám egy több kilométer hosszú elektromos kisülés, amely egy zivatarfelhő és a talaj vagy valamilyen talajszerkezet között alakul ki.

A villámkisülés a vezető kifejlesztésével kezdődik - egy gyengén izzó csatorna több száz amper árammal. A vezér mozgásiránya szerint - a felhőtől lefelé vagy a talajszerkezettől felfelé - a villámlást lefelé és felfelé irányulóra osztják. A lefelé irányuló villámlásra vonatkozó adatok hosszú ideje halmozódnak fel a földkerekség több régiójában. A felszálló villámokról csak az elmúlt évtizedekben jelentek meg információk, amikor elkezdődtek a nagyon magas építmények, például az Ostankino-i televíziótorony villámérzékenységének szisztematikus megfigyelései.

A lefelé irányuló villámlás vezére a zivatarfelhőben zajló folyamatok hatására jelenik meg, és megjelenése nem függ a föld felszínén lévő szerkezetek jelenlététől. Ahogy a vezető a talaj felé halad, a felhő felé irányított ellenvezetőket gerjeszthetik a földi objektumok. Egyikük érintkezése a lefelé vezető vezetővel (vagy az utóbbi érintésével a föld felszínén) meghatározza a villámcsapás helyét a földbe vagy valamilyen tárgyba.

Az emelkedő vezetőket a magasan földelt szerkezetek izgatják, amelyek tetején az elektromos mező erősen megnövekszik zivatar idején. Maga a megjelenés ténye és fenntartható fejlődés a feljövő vezér határozza meg a vereség helyét. Sík terepen a felszálló villám 150 m-nél magasabb objektumokba ütközik, hegyvidéki területeken pedig hegyes domborzati elemekből és alacsonyabb magasságú építményekből gerjesztik, ezért gyakrabban figyelhetők meg.

Nézzük először a lefelé irányuló villám fejlődési folyamatát és paramétereit. Az átmenő vezetőcsatorna létrehozása után a kisülés fő szakasza következik - a vezető töltéseinek gyors semlegesítése, amelyet fényes fény kísér, és az áramerősség néhány és több száz kiloamper közötti csúcsértékekre emelkedik. Ebben az esetben a csatorna intenzív felmelegedése (akár több tízezer Kelvinig) és lökésszerű tágulása következik be, amelyet a fül mennydörgésként érzékel. A főfokozat árama egy vagy több egymást követő impulzusból áll, amelyek egy folytonos alkatrészre vannak ráhelyezve. A legtöbb áramimpulzus negatív polaritású. Az első impulzus, amelynek teljes időtartama több száz mikroszekundum, elülső hossza 3-20 μs; az áramcsúcsérték (amplitúdó) széles skálán mozog: az esetek 50%-ában (átlagáram) meghaladja a 30-at, az esetek 1-2%-ában pedig a 100 kA-t. A lefelé irányuló negatív villámlás körülbelül 70%-ában az első impulzust kisebb amplitúdójú és fronthosszúságúak követik: az átlagértékek 12 kA, illetve 0,6 μs. Ebben az esetben az áram meredeksége (emelkedési sebessége) a következő impulzusok elején nagyobb, mint az első impulzusnál.

A lefelé irányuló villámlás folyamatos komponensének árama egységektől több száz amperig terjed, és a teljes villanás alatt fennáll, átlagosan 0,2 másodpercig tart, ritka esetekben 1-1,5 másodpercig.

A teljes villámlás során átvitt töltés az egységektől a több száz coulombig terjed, ebből az egyes impulzusok 5-15 coulombot, a folyamatos komponens 10-20 coulombot tesz ki.

Lefelé irányuló villámlás pozitív áramimpulzusokkal az esetek körülbelül 10%-ában figyelhető meg. Némelyikük alakja hasonló a negatív impulzusokéhoz. Emellett szignifikánsan nagyobb paraméterekkel rendelkező pozitív impulzusokat is rögzítettek: körülbelül 1000 μs időtartamú, körülbelül 100 μs fronthosszúságú, és átlagosan 35 C-os átvitt töltés. Jellemzőjük az áramamplitúdók igen széles tartományban történő ingadozása: 35 kA átlagos áramerősség mellett az esetek 1-2%-ában 500 kA feletti amplitúdók jelenhetnek meg.

A lefelé irányuló villámok paramétereire vonatkozó felhalmozott tényleges adatok nem teszik lehetővé, hogy megítéljük a földrajzi régiók közötti különbségeket. Ezért a Szovjetunió egész területén a valószínűségi jellemzőik azonosak.

A felszálló villám a következőképpen alakul. Miután a felszálló vezető elérte a zivatarfelhőt, megkezdődik a kisülési folyamat, amelyet az esetek körülbelül 80%-ában negatív polaritású áramok kísérnek. Kétféle áramot figyelnek meg: az első folyamatos, több száz amperig impulzusmentes és tizedmásodpercig tart, 2-20 C-os töltést hordoz; a másodikat rövid impulzusok szuperpozíciója jellemzi a hosszú távú impulzusmentes komponensen, amelynek amplitúdója átlagosan 10-12 kA és csak az esetek 5%-ában haladja meg a 30 kA-t, az átvitt töltés pedig eléri a 40 C-ot. Ezek az impulzusok hasonlóak a lefelé irányuló negatív villám fő szakaszának következő impulzusaihoz.

A hegyvidéki területeken a felfelé irányuló villámlást hosszabb folyamatos áramlatok és nagyobb átvitt töltések jellemzik, mint a síkságon. Ugyanakkor a hegyekben és a síkságon az áram impulzusösszetevőinek eltérései alig különböznek. A mai napig nem azonosítottak összefüggést a felszálló villámáramok és azoknak a szerkezeteknek a magassága között, amelyekből gerjesztik. Ezért a felszálló villámok paraméterei és azok változásai azonosnak minősülnek bármely földrajzi régióban és objektummagasságban.

Az RD 34.21.122-87-ben a villámáramok paramétereire vonatkozó adatokat figyelembe veszik a villámvédelmi eszközök kialakítására és méreteire vonatkozó követelményekben. Például a villámhárítók és földelővezetőik és az I. kategóriájú objektumok (2.3-2.5 * pontok) közötti minimális megengedett távolságot abból a feltételből határozzák meg, hogy a villámhárítókat az áramfront amplitúdója és meredeksége megsérti a lefelé irányuló villámlástól. 100 kA, illetve 50 kA/µs. Ez a feltétel a lefelé irányuló villámcsapás által okozott károk legalább 99%-ában teljesül.

2. A VILLÁMOS TEVÉKENYSÉG JELLEMZŐI

A zivatartevékenység intenzitása a különböző földrajzi helyeken a meteorológiai állomások kiterjedt hálózatának adataiból ítélhető meg a zivatarok gyakoriságára és időtartamára vonatkozóan, évenként napokban és órákban rögzítve a zivatar elején és végén hallható mennydörgés alapján. Az objektumokba történő villámcsapások lehetséges számának felméréséhez azonban egy fontosabb és informatívabb jellemző a lefelé irányuló villámcsapások sűrűsége a földfelszín egységére vonatkoztatva.

A földet érő villámcsapások sűrűsége nagymértékben változik a földgömb különböző régióiban, és geológiai, éghajlati és egyéb tényezőktől függ. Az általános tendencia, hogy ez az érték a pólusoktól az egyenlítőig növekszik, például meredeken csökken a sivatagokban, és növekszik az intenzív párolgási folyamatokkal rendelkező régiókban. A domborzat hatása különösen nagy a hegyvidéki területeken, ahol a zivatarfrontok túlnyomórészt szűk folyosókon terjednek, így kis területen a talajba történő kibocsátások sűrűségének éles ingadozása lehetséges.

Általánosságban elmondható, hogy a világ minden táján a villámcsapások sűrűsége a sarki régiók majdnem nullától a nedves trópusi övezetekben évente 1 km-enként 20-30 villámcsapásig terjed. Ugyanazon régióban évről évre eltérések lehetségesek, ezért a talajba történő kibocsátások sűrűségének megbízható felméréséhez hosszú távú átlagolás szükséges.

Jelenleg a világon korlátozott számú helyen van villámszámláló, és kis területeken lehetséges a talajba történő kibocsátások sűrűségének közvetlen becslése. Tömeges léptékben (például a Szovjetunió teljes területén) a földbe való villámcsapások számának rögzítése még nem kivitelezhető a munkaintenzitás és a megbízható berendezések hiánya miatt.

Mindazonáltal azokon a földrajzi helyeken, ahol villámszámlálót szereltek fel és zivatarok meteorológiai megfigyelését végzik, összefüggést találtak a talajba történő kibocsátások sűrűsége és a zivatarok gyakorisága vagy időtartama között, bár e paraméterek mindegyike változhat. évről évre vagy zivatarról zivatarra. Az RD 34.21.122-87-ben ezt a 2. függelékben bemutatott korrelációs függést a Szovjetunió teljes területére kiterjesztették, és tisztán lefelé irányuló villámcsapásokat köt össze a földfelszín 1 km2-én a zivatarok meghatározott időtartamával, órákban. A meteorológiai állomásoktól származó, a zivatarok időtartamára vonatkozó adatokat az 1936 és 1978 közötti időszakra átlagolják, és a Szovjetunió földrajzi térképén olyan vonalak formájában ábrázolják, amelyeket az évenkénti állandó zivataros órák száma jellemez (3. ábra RD 34.21 0,122-87); ebben az esetben a zivatar időtartama bármely pontra a hozzá legközelebb eső két vonal közötti intervallumban van beállítva. A Szovjetunió egyes régióira műszeres kutatások alapján regionális térképeket állítottak össze a zivatarok időtartamáról, ezek a térképek szintén ajánlottak a használatra (lásd RD34.21.122-87 2. melléklet)

Ezen a közvetett módon (a zivatarok időtartamára vonatkozó adatokon keresztül) be lehet vezetni a Szovjetunió területének zónázását a talajba történő villámcsapások sűrűsége szerint.

3. A FÖLDSZERKEZETEKEN A VILLÁLMÁNYKÁROK SZÁMA

táblázat követelményei szerint. 1 RD 34.21.122-87 számos objektum esetében a villámcsapások várható száma olyan mutató, amely meghatározza a villámvédelem szükségességét és annak megbízhatóságát. Ezért szükséges, hogy a létesítmény tervezési szakaszában mód legyen ennek az értéknek a kiértékelésére. Kívánatos, hogy ez a módszer figyelembe vegye a zivatartevékenység ismert jellemzőit és a villámmal kapcsolatos egyéb információkat.

A lefelé irányuló villámcsapások számának kiszámításakor a következő fogalmat használjuk: egy magasba tornyosuló objektum olyan kisüléseket kap, amelyek ennek hiányában egy bizonyos terület (az ún. összehúzódó felület) földfelszínére csapódnának. Ez a terület kör alakú egy koncentrált objektumhoz (függőleges cső vagy torony), és téglalap alakú egy kiterjesztett objektumhoz, például egy légvezetékhez. Az objektumra érkező találatok száma megegyezik az összehúzódási terület és a villámkisülések sűrűségének szorzatával az objektum helyén. Például egy koncentrált tárgyhoz

ahol R0 az összehúzódási sugár; n a villámcsapások átlagos éves száma a Föld felszínének 1 km2-én. Hosszúságú, kiterjesztett tárgyhoz l

Rendelkezésre álló statisztikák a különböző magasságú tárgyak károsodásáról a területeken különböző időtartamú zivatarok lehetővé tették az R0 összehúzódási sugár és a h objektum magassága közötti kapcsolat hozzávetőleges meghatározását. A jelentős szórás ellenére átlagosan R0 = 3h-t vehetünk fel.

A megadott arányok képezik az alapját az RD 34.21.122-87 2. függelékében a koncentrált objektumokra és adott méretű objektumokra várható villámcsapások számának kiszámításához. Az objektumok villámkárosodása közvetlenül függ a talajba történő villámkisülések sűrűségétől, és ennek megfelelően a zivatarok regionális időtartamától a 2. számú melléklet adatai szerint. Feltételezhető, hogy az objektum sérülésének valószínűsége nő, például a villámáram növekvő amplitúdójával, és a kisülés egyéb paramétereitől függ. A rendelkezésre álló kárstatisztikát azonban olyan módszerekkel (villámcsapások fényképezésével, speciális mérőeszközökkel történő rögzítéssel) kaptuk meg, amely nem teszi lehetővé, hogy a zivatartevékenység intenzitásán kívül más tényezők befolyását elkülönítsük.

Most becsüljük meg a 2. függelék képleteivel, hogy milyen gyakran csaphat be villám különböző méretű és alakú tárgyakba. Például évi 40-60 órás zivatarok átlagos időtartama mellett egy 50 m magas koncentrált objektumban (például kéményben) 3-4 év alatt legfeljebb egy kár, egy épületben pedig 20 m magas és 100x100 m-es tervmérettel (sokféle gyártásra jellemző méret) - legfeljebb egy elváltozás 5 év alatt. Így közepes méretű épületek és építmények (magassága 20-50 m-en belül, hossza és szélessége körülbelül 100 m) esetén ritka esemény a villámcsapás. Kisméretű épületeknél (körülbelül 10 m-es méretekkel) a várható villámcsapások száma ritkán haladja meg az évi 0,02-t, ami azt jelenti, hogy teljes élettartamuk alatt legfeljebb egy villámcsapás fordulhat elő. Emiatt az RD 34.21.122-87 szerint egyes kisméretű épületeknél (még alacsony tűzállóságnál is) a villámvédelem egyáltalán nem biztosított, vagy jelentősen leegyszerűsödik.

Koncentrált objektumok esetén a lefelé irányuló villámcsapások száma négyzetesen növekszik a magassággal, és a mérsékelt zivatartartamú területeken, körülbelül 150 méteres objektummagasságban évente egy-két csapás. A nagyobb magasságú koncentrált tárgyakból felszálló villámokat gerjesztenek, amelyek száma a magasság négyzetével is arányos. A magas tárgyak érzékenységének ezt az elképzelését megerősítik az 540 m magas Ostankino televíziós toronyban végzett megfigyelések: évente körülbelül 30 villámcsapás történik, és ezek több mint 90%-a a felfelé irányuló csapások számából származik villámlás szinten marad egy vagy kettő évente. Így a 150 m-nél magasabb, koncentrált objektumok esetében a lefelé irányuló villámcsapások száma kevéssé függ a magasságtól.

4. A VILLÁMVESZÉLY VESZÉLYES HATÁSAI

Az alapfogalmak listája (1. függelék RD 34.21.122-87) felsorolja a villámcsapások lehetséges típusait különböző földi objektumokra. Ebben a bekezdésben részletesebben ismertetjük a villámlás veszélyes hatásaival kapcsolatos információkat.

A villámlás hatásait általában két fő csoportra osztják:

elsődleges, amelyet közvetlen villámcsapás okoz, és másodlagos, amelyet a közeli villámkisülések okoznak, vagy kiterjesztett fémkommunikáció által a tárgyba kerül. A villámcsapás közvetlen becsapásának és másodlagos hatásának veszélyét épületekre, építményekre, valamint az azokban lévő emberekre vagy állatokra egyrészt a villámkisülés paraméterei, másrészt a villámcsapás technológiai és tervezési jellemzői határozzák meg. az objektum (robbanás- vagy tűzveszélyes zóna jelenléte, tűzállóság épületszerkezetek, a bemeneti kommunikáció típusa, elhelyezkedésük az objektumon belül stb.). A közvetlen villámcsapás a következő hatásokat okozza egy tárgyon: elektromos, embereket vagy állatokat érő áramütéssel és túlfeszültség megjelenésével az érintett elemeken. A túlfeszültség arányos a villámáram amplitúdójával és meredekségével, a szerkezetek induktivitásával és azon földelővezetők ellenállásával, amelyeken keresztül a villámáram a talajba kerül. Még villámvédelem mellett is, a nagy áramerősségű és meredekségű közvetlen villámcsapás több megavoltos túlfeszültséghez vezethet. Villámvédelem hiányában a villámáram terjedésének útjai ellenőrizhetetlenek, becsapása áramütés veszélyét, veszélyes lépés- és érintési feszültséget, valamint más tárgyakkal való átfedést okozhat;

termikus, amely a villámcsatorna és a tárgy tartalmával való közvetlen érintkezés során fellépő éles hőkibocsátással jár, és amikor a villámáram átfolyik az objektumon. A villámcsatornában felszabaduló energiát az átvitt töltés, a villanás időtartama és a villámáram amplitúdója határozza meg; és a villámkisülések 95%-ában ez az energia (1 Ohm ellenállásra számolva) meghaladja az 5,5 J értéket, két-három nagyságrenddel nagyobb, mint a legtöbb használt gáz, gőz és por-levegő keverék minimális gyújtási energiája az iparban. Következésképpen ilyen környezetben a villámcsatornával való érintkezés mindig gyulladás (és bizonyos esetekben robbanás) veszélyét okozza, ugyanez vonatkozik a robbanásveszélyes kültéri létesítmények házába való villámcsatorna behatolására is. Amikor a villámáram vékony vezetékeken halad keresztül, fennáll a veszélye, hogy megolvadnak és eltörnek;

mechanikai, amelyet a villámcsatornából terjedő lökéshullám és a villámáramú vezetőkre ható elektrodinamikus erők okoznak. Ez az ütés például a vékony fémcsövek ellaposodását okozhatja. A villámcsatornával való érintkezés egyes anyagokban hirtelen gőz- vagy gázképződést okozhat, amit mechanikai károsodás követ, például fa hasadása vagy betonrepedezés.

A villámlás másodlagos megnyilvánulásai az elektromágneses mező tárgyára gyakorolt ​​közeli kisülések hatásával járnak. Általában ezt a mezőt két komponens formájában tekintik: az elsőt a villámvezetőben és a csatornában lévő töltések mozgása okozza, a második a villámáram időbeli változása. Ezeket az alkatrészeket néha elektrosztatikus és elektromágneses indukciónak is nevezik.

Az elektrosztatikus indukció túlfeszültség formájában nyilvánul meg, amely egy tárgy fémszerkezetein lép fel, és függ a villámáramtól, a becsapás helyétől való távolságtól és a földelektróda ellenállásától. Megfelelő földelés hiányában a túlfeszültség elérheti a több száz kilovoltot, és személyi sérülésveszélyt és átfedést okozhat a létesítmény különböző részei között.

Az elektromágneses indukció a fémáramkörökben a villámáram meredekségével és az áramkör által lefedett területtel arányos EMF kialakulásával jár. A modern ipari épületek kiterjedt kommunikációja burkolatot képezhet nagy terület olyan áramkörök, amelyekben több tíz kilovoltos EMF indukálható. Azokon a helyeken, ahol a kiterjesztett fémszerkezetek összeérnek, a nyitott áramkörök réseiben fennáll az átfedések és a szikraveszély, ami körülbelül tizedjoule energiaelvonást jelent.

A villámlás veszélyes hatásának másik fajtája a nagy potenciál bevezetése a létesítménybe bevezetett kommunikációkon keresztül (távvezetékek, kábelek, csővezetékek). Ez egy túlfeszültség, amely közvetlen és közeli villámcsapás során a kommunikáció során lép fel, és hullám formájában terjed, amely az objektumba ütközik. A veszélyt a kommunikáció és a létesítmény földelt részei közötti lehetséges átfedések okozzák. A földalatti kommunikáció is veszélyt jelent, mivel a talajban terjedő villámáramok egy részét elnyelheti és beviheti a létesítménybe.

5. A VÉDETT TÁRGYOK OSZTÁLYOZÁSA

A villámcsapás következményeinek súlyossága elsősorban az épület vagy építmény villámcsapás hőhatása miatti robbanás- vagy tűzveszélyétől, valamint az egyéb típusú behatások által okozott szikráktól és átfedésektől függ. Például azokban az iparágakban, amelyek állandóan nyílt tűzhöz, égési folyamatokhoz, tűzálló anyagok és szerkezetek használatához kapcsolódnak, a villámáram áramlása nem jelent nagy veszélyt. Éppen ellenkezőleg, a robbanásveszélyes légkör jelenléte az objektumon belül pusztulás, emberáldozatok és nagy anyagi károk veszélyét idézi elő.

Ilyen változatos technológiai feltételek mellett az összes objektum villámvédelmére vonatkozó azonos követelmények előírása vagy túlzott tartalékok befektetését jelentené, vagy beletörődni a villámlás okozta jelentős károk elkerülhetetlenségébe. Ezért az RD 34.21.122-87 differenciált megközelítést fogadott el a különféle objektumok villámvédelmében, ezért a táblázatban. Ezen utasítás 1. pontja szerint az épületek és építmények három kategóriába sorolhatók, amelyek a villámcsapás által okozott károk lehetséges következményeinek súlyosságában különböznek egymástól.

Az I. kategóriába azok az ipari helyiségek tartoznak, amelyekben normál technológiai körülmények között robbanásveszélyes koncentrációjú gázok, gőzök, porok, rostok lehetnek jelen és képződhetnek. Bármilyen villámcsapás, amely robbanást okoz, nemcsak az adott objektumra, hanem a közelben tartózkodókra is fokozott pusztulás- és sérülésveszélyt okoz.

A II. kategóriába tartoznak azok az ipari épületek és építmények, amelyekben a robbanásveszélyes koncentráció megjelenése a normál technológiai rend megsértése miatt következik be, valamint a robbanásveszélyes folyadékokat és gázokat tartalmazó külső létesítmények. Ezeknél a tárgyaknál a villámcsapás csak akkor jelent robbanásveszélyt, ha egybeesik egy technológiai balesettel, vagy a légző- vagy vészszelepek működésbe léptetésével kültéri létesítményekben. A Szovjetunió területén a zivatarok mérsékelt időtartama miatt az események egybeesésének valószínűsége meglehetősen alacsony.

A III. kategóriába azok a tárgyak tartoznak, amelyek következményei kisebb anyagi kárral járnak, mint a robbanásveszélyes környezetben. Ide tartoznak a tűzveszélyes helyiségekkel rendelkező épületek és építmények, vagy alacsony tűzállóságú épületszerkezetek, és ezekre vonatkozóan szigorodnak a villámvédelem követelményei az objektum károsodásának valószínűségének növekedésével (a villámcsapások várható száma). Ezen túlmenően a III. kategóriába tartoznak azok a tárgyak, amelyek sérülése az emberek és állatok elektromos kitettségének veszélyét jelenti: nagy középületek, állattartó épületek, magas építmények, például csövek, tornyok, műemlékek. Végül a III. kategóriába tartoznak a vidéki területeken található kis épületek, ahol a leggyakrabban éghető szerkezeteket használnak. A statisztikák szerint ezek a tárgyak teszik ki a zivatarok okozta tüzek jelentős részét. Ezen épületek alacsony költsége miatt a villámvédelmet egyszerűsített módszerekkel végzik, amelyek nem igényelnek jelentős anyagköltségek(2.30. pont).

Szinte minden föld feletti tárgy nem mentes a villámcsapástól.
Évente legfeljebb 16 millió zivatar fordul elő a földgömbön, azaz körülbelül 44 ezer naponta.

A zivatarok tevékenysége a Föld felszínének különböző részein nem azonos.

A villámvédelmi intézkedések kiszámításához ismerni kell az adott területen a zivatartevékenységet jellemző fajlagos értéket. Ez az érték a zivatartevékenység intenzitása, amelyet általában az évi zivatarórák vagy zivatarnapok száma határoz meg, amelyet a földfelszínen egy bizonyos helyen végzett megfigyelések több évének számtani átlagaként számítanak ki.

A zivatartevékenység intenzitását a földfelszín egy adott területén az is meghatározza, hogy a földfelszín 1 km2-én évente hány villámcsapás történik.

A zivatartevékenység évenkénti óraszámát a térség meteorológiai állomásainak hivatalos adataiból vettük.

A zivataraktivitás és a villámcsapások átlagos száma 1 km2-re (n) a következő:

Átlagos időtartam zivatarok egy zivatarnap alatt Oroszország európai részének és Ukrajnának 1,5–2 óra.

A zivatarok átlagos éves időtartama Moszkvában 10-20 óra/év, a talajba csapódó villámok sűrűsége évi 1/km2 - 2,0.

A zivatarok átlagos éves időtartamának térképei

(PUE 7. Villamos szerelésekre vonatkozó szabályok)

Az európai országokban ezeket a statisztikákat segítségével a tervező könnyen hozzájuthat automatizált rendszer a villámcsapás helyének meghatározása. Ezek a rendszerek a következőkből állnak nagy mennyiség Európa-szerte elhelyezkedő érzékelők, amelyek egyetlen felügyeleti hálózatot alkotnak.

Információk az érzékelőktől valódi méretarány Az idő elküldésre kerül a vezérlő szerverekhez, és speciális jelszóval elérhető az interneten keresztül.

A rendelkezésre álló adatok szerint azokon a területeken, ahol a zivatarórák száma évente π = 30 a földfelszín 1 km2-én, átlagosan 2 évente egyszer érintett, i.e. a földfelszín 1 km2-ére vetített villámcsapások átlagos száma 1 zivataróra alatt 0,067. Ezek az adatok lehetővé teszik, hogy megbecsüljük a különböző objektumok villámcsapásának gyakoriságát.

A 60 m-nél nem magasabb, villámvédelemmel nem ellátott, állandó magasságú épületekbe és építményekbe (4a. ábra) a legfeljebb 60 méter magas villámcsapások éves számát a következő képlet határozza meg: Ahol: S - a védett épület (szerkezet) szélessége, m; L - a védett épület (szerkezet) hossza, m; hx az épület magassága az oldalai mentén, m; n a villámcsapások átlagos száma a Föld felszínének 1 km2-én évente azon a területen, ahol az épületet építik. Megjegyzés: Közép-Oroszország esetében n = 5 vehetők igénybe A képlet annak figyelembevételével került megadásra, hogy az épületbe vagy építménybe becsapott villámcsapások száma nem csak az épület vagy építmény által elfoglalt területtel arányos, hanem az általa létrehozott védőzónák vetületi területeinek összegével is. az épület vagy építmény tetejének élei és sarkai. Ha az épület egyes részei nem egyenlő magasságúak (4b. ábra), akkor a sokemeletes rész által kialakított védőzóna az épület teljes többi részét lefedheti. Amennyiben a toronyrész védőövezete nem fedi le az egész épületet, akkor a toronyházrész védőövezetén kívül eső épületrésszel is figyelembe kell venni. A villámhárító védőhatásának sugarát az árboc magassága határozza meg, és a hagyományos rendszer hozzávetőlegesen a következő képlettel számolva: R=1,732 x h, ahol h a ház legmagasabb pontjától a villámhárító csúcsáig mért magasság.

4. ábra. Építmények által kialakított védőzóna

Rizs. 4. Építmények által kialakított védőövezet: a - azonos magasságú épületek; b - különböző magasságú épületek.
Az ajánlott képlet lehetővé teszi a villámcsapás valószínűségének kvantitatív értékelését sík területeken, meglehetősen egyenletes talajviszonyok mellett különböző szerkezetekben.

A számítási képletben szereplő n paraméter értéke többször is eltérhet a fent megadott értékektől.

A hegyvidéki területeken a legtöbb villámcsapás felhők között történik, így az n értéke lényegesen kisebb lehet.

Azokra a területekre, ahol nagy vezetőképességű talajrétegek vannak, ahogy azt a megfigyelések is mutatják, szelektíven érintik a villámkisülések, így ezeken a területeken az n értéke lényegesen magasabb lehet.

Szelektíven érintettek lehetnek a rosszul vezető talajú területek, ahol kiterjedt fémkommunikáció (kábelvezetékek, fém csővezetékek) van lefektetve.

Szelektíven érintettek a talaj fölé emelkedő fémtárgyak (tornyok, kémények) is.

A földbe történő villámcsapások sűrűségét a földfelszín 1 km 2 -ére jutó villámcsapások számában kifejezve évente, az objektum helyén végzett meteorológiai megfigyelések alapján határozzák meg, vagy egy képlet segítségével számítják ki.

A lefelé irányuló villámcsapások számának kiszámításakor abból indulunk ki, hogy egy magasba tornyosuló objektum olyan kisüléseket kap, amelyek ennek hiányában egy bizonyos terület (az úgynevezett összehúzódó felület) földfelszínére csapódnának. Ez a terület kör alakú egy koncentrált objektumhoz (függőleges cső vagy torony), és téglalap alakú egy kiterjesztett objektumhoz.
A különböző magasságú objektumok károsodásának rendelkezésre álló statisztikái különböző időtartamú zivatarokkal járó területeken lehetővé tették az összehúzódási sugár (ro) és az objektum magassága (hx) közötti összefüggés meghatározását; átlagosan ro = 3hх vehető.
Az elemzés azt mutatja, hogy a koncentrált objektumokat 150 m magasságig érik a lefelé irányuló villámok.

A hazai szabványokban a villámhárító és a védett objektum magasságát semmilyen körülmények között a talajszinttől mérik, és nem a szerkezet tetejétől, ami garantálja a tervezés során egy bizonyos határt, amit sajnos mennyiségileg nem értékelnek. feltételeket.

Külső villámvédelem
A ház külső villámvédelmét úgy tervezték, hogy elfogja a villámot és a földbe terelje. Ez teljesen megakadályozza, hogy a villám bejusson az épületbe és meggyulladjon.
Belső villámvédelem
Zivatar idején nem az épülettűz az egyetlen veszély. Fennáll a veszélye, hogy a készülékeket elektromágneses tér éri, ami túlfeszültséget okoz az elektromos hálózatokban. Ez a riasztó és a világítás kikapcsolásához, valamint a berendezés károsodásához vezethet.
Speciális túlfeszültség-védelmi eszközök felszerelése lehetővé teszi, hogy azonnal reagáljon a hálózat feszültségingadozásaira, és a drága berendezések továbbra is működjenek.

A villámhárító-rendszerek fő típusai:

1 tű használatával az egész házhoz, amely viszont hagyományosra (Franklin-villámhárító) és ionizálóval van felosztva;

egymással összekapcsolt csapok rendszerével (Faraday ketrec).

a védett szerkezetre feszített kábel segítségével.

A villámáram hatása

Amikor a villám kisül egy tárgyba, az áramnak termikus, mechanikai és elektromágneses hatásai vannak.
A villámáram hőhatásai. A szerkezeteken áthaladó villámáram hőkibocsátással jár. Ebben az esetben a villámáram hatására a levezető vezeték olvadáspontig melegedhet, vagy akár elpárologhat.
A vezetékek keresztmetszetét úgy kell megválasztani, hogy az elfogadhatatlan túlmelegedés veszélye kizárt legyen.

A fém megolvadása a villámcsatorna érintkezési pontján jelentős lehet, ha a villám éles toronyba csap. Amikor a villámcsatorna fémsíkkal érintkezik, az olvadás kellően nagy területen megy végbe, amely négyzetmilliméterben számszerűen megegyezik az áram amplitúdójának kiloamperben megadott értékével.
A villámáramok mechanikai hatásai. Nagyon jelentősek lehetnek azok a mechanikai erők, amelyek az épületek és szerkezetek különböző részein keletkeznek, amikor villámáramok haladnak át rajtuk.

Villámáram hatására a fa szerkezetek teljesen megsemmisülhetnek, a kőből és téglából készült téglacsövek és egyéb föld feletti építmények jelentős károkat szenvedhetnek.
Amikor a villám betonba csap, keskeny kisülési csatorna képződik. A nyomócsatornában felszabaduló jelentős energia roncsolást okozhat, ami vagy a beton mechanikai szilárdságának csökkenéséhez vagy a szerkezet deformációjához vezet.
Ha a villám vasbetonba csap, a beton tönkremehet az acélmerevítés deformációjával.

VILLÁMVÉDELEM ELLENŐRZÉSE

Az épület villámvédelmi rendszere időszakos ellenőrzést igényel. Az ilyen intézkedések szükségességét egyrészt az határozza meg, hogy ezek az eszközök mennyire fontosak mind az ingatlan, mind a közelben lévő emberek biztonsága szempontjából, másrészt az a tény, hogy a villámhárítók folyamatosan ki vannak téve a kedvezőtlen környezeti tényezőknek.

A villámvédelmi rendszer első ellenőrzése közvetlenül a telepítés után történik. A jövőben ezt a rendeletben meghatározott időközönként végzik.

A VILLÁMVÉDELMI ELLENŐRZÉSEK GYAKORISÁGA

A villámvédelmi ellenőrzés gyakoriságát az RD 34.21.122-87 „Útmutató az épületek és építmények villámvédelmi felszereléséhez” 1.14.

A dokumentum szerint minden épületkategóriára legalább évente egyszer kerül sor.

A „Fogyasztói elektromos berendezések műszaki üzemeltetésének szabályai” szerint a földelési áramköröket ellenőrizzük:

Félévente egyszer – szemrevételezés a földelő berendezés látható elemei;

12 évente egyszer - ellenőrzés, a talaj szelektív megnyitásával együtt.

Földhurkok ellenállásának mérése:

6 évente egyszer - 1000 V-ig terjedő feszültségű vezetékeken;

12 évente egyszer - 1000 V feletti feszültségű vezetékeken.

VILLÁMVÉDELMI VIZSGÁLATI INTÉZKEDÉSEK RENDSZERE

A villámvédelmi tesztelés magában foglalja következő események:

a földelés és a villámhárító közötti kapcsolat ellenőrzése;

a villámvédelmi rendszer csavarkötései tranziens ellenállásának mérése;

földelés ellenőrzése;

szigetelés ellenőrzése;

a rendszerelemek (levezető vezetékek, villámhárítók, érintkezési pontok) épségének szemrevételezése, a korrózió hiánya rajtuk;

a ténylegesen telepített villámhárító rendszer tervdokumentációnak való megfelelőségének ellenőrzése, az ilyen típusú villámhárító beépítésének érvényessége ezt a tárgyat;

a villámvédelmi rendszer hegesztett kötései mechanikai szilárdságának és integritásának vizsgálata (minden kötés kalapáccsal van megütögetve);

minden egyes villámhárító földelési ellenállásának meghatározása. Az utólagos ellenőrzések során az ellenállásérték legfeljebb 5-ször haladhatja meg az átvételi tesztek során meghatározott szintet;

A villámvédelmi rendszer ellenállásának ellenőrzése az MRU-101 készülékkel történik. Ugyanakkor a villámvédelem ellenőrzésének módszertana eltérő lehet. A leggyakoribbak a következők:
Ellenállásmérés villámvédelmi rendszerben hárompólusú áramkör használatával
Ellenállásmérés villámvédelmi rendszerben négypólusú áramkör használatával
A négypólusú tesztelési rendszer pontosabb, és minimálisra csökkenti a hibalehetőséget.
A legjobb, ha a földelést maximális talajállóság mellett ellenőrizzük - száraz időben vagy a legnagyobb fagyos körülmények között. Más esetekben korrekciós tényezőket használnak a pontos adatok eléréséhez.

A rendszerellenőrzés eredménye alapján villámvédelmi vizsgálati jegyzőkönyv készül, amely jelzi a berendezés működőképességét.

A jelenlegi szabványok szerint a villámvédelmi osztály meghatározásához részletes adatokra van szükség az objektumról és ennek megfelelően a kockázati tényezőkről. Ezek megszerzéséhez több kérdőívet is ki kell töltenie. Ennek a lemeznek köszönhetően azonban részletes adatok nélkül előre kiválaszthatja a villámvédelmi osztályt és a kockázati tényezőket.

	Min. villámáram amplitúdóértéke	Max. villámáram amplitúdóértéke	A villámvédelmi rendszerbe való bejutás valószínűsége
	3 kA	200 kA
	5 kA	150 kA
	10 kA	100 kA
	16 kA	100 kA

Ipari épületek és építmények villámvédelme
(Ipari vállalkozások áramellátásának kézikönyve. Ipari elektromos hálózatok).

A táblázatban megjelölteken nem szereplő ipari épületek, építmények villámvédelmi igényének meghatározása. , olyan okok miatt hajtható végre, amelyek alapot adnak a villámvédelmi eszközök használatához.
A villámvédelmi berendezések szükségességének oka lehet az I. és II. tűzállósági fokozatú épületek és építmények évi 0,05-nél nagyobb villámcsapásai száma; 0,01 - III, IV és V tűzállósági fokozatra (függetlenül a vizsgált területen a zivatartevékenység aktivitásától).
Nagy (100 m vagy annál szélesebb) épületekben a CH305-69 2-15. és 2-27. §-ának megfelelően intézkedéseket kell hozni az épületen belüli potenciál kiegyenlítésére az elektromos károsodás elkerülése érdekében. telepítések és személyi sérülések az épületbe való közvetlen villámcsapás következtében.

Épületek, építmények villámvédelem szerinti osztályozása és megvalósításának szükségessége

Épületek és építmények	Az a terület, ahol az épületek és építmények kötelező villámvédelem alá esnek
B-I és B-II PUE osztályú termelési létesítményekkel rendelkező ipari épületek és építmények	Az egész Szovjetunióban
A Villamos szerelési szabályzat szerint B-Ia, B-Ib és B-IIa osztályba sorolt ​​helyiségekkel rendelkező ipari épületek és építmények	Olyan területeken, ahol az átlagos zivataraktivitás évi 10 óra vagy több	ІІ
Robbanásveszélyes gázokat, gőzöket, gyúlékony és gyúlékony folyadékokat tartalmazó kültéri műszaki létesítmények és kültéri raktárak (például gáztartályok, konténerek, be- és kirakodó állványok stb.), amelyek a PUE szerint B-IIa osztályba tartoznak	Az egész Szovjetunióban	ІІ
A PUE szerint P-I, P-II vagy P-IIa osztályba sorolt ​​ipari épületek és építmények termelő létesítményekkel	Azon a területeken, ahol az átlagos zivataraktivitás évi 20 vagy annál több zivataróra, ahol az épületet vagy építményt érő villámcsapások várható száma évente legalább 0,05 az I. tűzállósági fokozatú épületek vagy építmények esetében, és 0,01 a III, IV. és V ellenállási fokozat	ІІІ
III., IV. és V. tűzállósági fokozatú ipari épületek és építmények, tűzveszélyességi szint szerint G és D kategóriákba sorolva az SNiP II-M, 2-62 szerint, valamint a P- osztályba sorolt ​​szilárd gyúlékony anyagok nyitott raktárai PUE szerint III	Azokon a területeken, ahol az átlagos zivataraktivitás évente 20 vagy több zivataróra, és egy épületbe vagy építménybe évente legalább 0,05 villámcsapás várható	ІІІ
Kültéri létesítmények, amelyekben 45 °C feletti gőzlobbanáspontú gyúlékony folyadékokat használnak vagy tárolnak, a PUE szerint P-III.		ІІІ
III., IV. és V. tűzállósági fokozatú mezőgazdasági vállalkozások állat- és baromfitartó épületei, építményei az alábbi célokra: tehénistállók és borjúistállók 100 vagy annál nagyobb létszámú, disznóólak minden korú és állatcsoport számára 100 vagy annál nagyobb létszámmal; istállók 40 vagy több fej számára; baromfiházak minden típusú baromfi számára 1000 vagy több madár számára	Azokon a területeken, ahol az átlagos zivataraktivitás évente 40 vagy több zivataróra	ІІІ
Ipari vállalkozások és kazánházak függőleges kipufogócsövei, víz- és silótornyok, tűzoltó tornyok a talajfelszíntől 15-30 m magasságban	Azon területeken, ahol az átlagos zivataraktivitás évi 20 vagy több zivataróra	ІІІ
Ipari vállalkozások és kazánházak függőleges kipufogócsövei, amelyek magassága meghaladja a 30 m-t a talajfelszíntől	Az egész Szovjetunióban	ІІІ
Az általános épülettömeg szintjén 25 m-nél magasabban emelkedő lakó- és középületek, valamint a 30 m-nél magasabb, az épülettömegtől legalább 100 m-rel távolabb álló különálló épületek	Azon területeken, ahol az átlagos zivataraktivitás évi 20 vagy több zivataróra	ІІІ
IV. és V. tűzállósági fokú középületek a következő célokra: óvoda és bölcsőde; oktatási és kollégiumi épületek, szanatóriumok étkezdéi, rekreációs intézmények és úttörőtáborok, kórházak kollégiumi épületei; klubok és mozik	Azon területeken, ahol az átlagos zivataraktivitás évi 20 vagy több zivataróra	ІІІ
Történelmi és művészeti jelentőségű épületek és építmények, a Szovjetunió Kulturális Minisztériuma Képzőművészeti és Műemlékvédelmi Osztályának fennhatósága alá tartozó	Az egész Szovjetunióban	ІІІ

A Rostechnadzor Villamosenergia-ipari Felügyeleti Hivatalának magyarázata az „Épületek és építmények villámvédelmére vonatkozó utasítások” (RD 34.21.122-87) és az „Útmutató az épületek, építmények és ipari kommunikáció villámvédelmére” közös alkalmazásáról " (SO 153-34.21.122-2003)

SZÖVETSÉGI SZOLGÁLAT			Szövetségi vezetők kormányzati szervek osztályok és az energia állami ellenőrzések energetikai felügyelet
KÖRNYEZETVÉDELMI, TECHNOLÓGIAI
ÉS ATOMI FELÜGYELET
ELLENŐRZÉS
AZ ELEKTROMOS ERŐIPARI FELÜGYELETERŐL
109074, Moszkva, K-74
Kitaigorodsky pr., 7
tel. 710-55-13, fax 710-58-29
01.12.2004	№	10-03-04/182
sz.	tól től

A Villamosenergia-ipari Felügyeleti Osztályhoz Szövetségi szolgálat felügyeletért a villamosenergia-iparban (Rostechnadzor) és korábban a Gosenergonadzornál számos szervezettőlkérdések az "Útmutató épületek, építmények és iparágak villámvédelméhez" használati eljárásával kapcsolatbanvonali kommunikáció" (SO 153-34.21.122-2003), végzéssel jóváhagyták Oroszország Energiaügyi Minisztériuma, 2003. június 30-i 280. sz. Felhívjuk a figyelmet az utasítás használatának nehézségeire, amelyekreferenciaanyagok hiánya. Kérdéseket tesznek fel a RAO UES végzésének jogszerűségével kapcsolatban isOroszország" 2003. augusztus 14-én kelt 422. sz. "A normatív és műszaki dokumentumok (NTD) felülvizsgálatáról és működésük eljárásáról a "Műszaki előírásokról" szóló szövetségi törvénnyel összhangban, valamint a dokumentum elkészítésének ütemezésérőlSO 153-34.21.122-2003.

A Rostechnadzor Villamosenergia-ipari Felügyeleti Hivatala ezt tisztázza.

Az előírások szerint Szövetségi törvény 2002. december 27-én kelt 184-FZ „A műszakirendelet" 4. cikkében meghatározott szervek végrehajtó hatalom kizárólag ajánló jellegű dokumentumok (cselekmények) jóváhagyására (kibocsátására) jogosult. Ez a típusú dokumentum tartalmazza az "Útmutatókat"Által Épületek, építmények és ipari kommunikáció villámvédelme."

Az orosz energiaügyi minisztérium 2003. június 30-i 280. számú rendelete nem törli az előző kiadást"Útmutató épületek és építmények villámvédelméhez" (RD 34.21.122-87), és a "helyett" szó az előtagbanAz SO 153-34.21.122-2003 számú utasítás egyes kiadásai szerint nem jelenti azt, hogy az előző kiadás használata megengedhetetlen. A tervezés során a tervező szervezetek jogosultak használni a kiindulási adatok kutatása és a védőintézkedések kidolgozásakor az említettek helyzeteutasításokat vagy ezek kombinációját.

Az „Épületek és építmények villámvédelmi útmutatója” referenciaanyagok elkészítésének határidejeszolgáltatások és ipari kommunikáció", SO 153-34.21.122-2003, jelenleg nincs meghatározvaa munkához szükséges finanszírozási források hiánya miatt.

A RAO "UES of Russia" 2003. augusztus 14-i 422. sz. vállalati dokumentumés nem érvényes azokra a szervezetekre, amelyek nem részei az oroszországi RAO UES struktúrájának.

TanszékvezetőN.P. Dorofejev

A villámvédelem GOST szabványai

GOST R IEC 62561.1-2014 Villámvédelmi rendszer alkatrészei. 1. rész Az alkatrészek csatlakoztatására vonatkozó követelmények
GOST R IEC 62561.2-2014 Villámvédelmi rendszer alkatrészei. 2. rész. A vezetékekre és a földelőelektródákra vonatkozó követelmények
GOST R IEC 62561.3-2014 Villámvédelmi rendszerek alkatrészei. 3. rész A szikraközök leválasztására vonatkozó követelmények
GOST R IEC 62561.4-2014 Villámvédelmi rendszerek alkatrészei. 4. rész A vezetékrögzítő eszközök követelményei
GOST R IEC 62561.5-2014 Villámvédelmi rendszerek alkatrészei. 5. rész. A földelőelektródák ellenőrző kutakjára és tömítéseire vonatkozó követelmények
GOST R IEC 62561.6-2015 Villámvédelmi rendszer alkatrészei. 6. rész A villámcsapásmérőkre vonatkozó követelmények
GOST R IEC 62561-7-2016 Villámvédelmi rendszer alkatrészei. 7. rész A földelést normalizáló keverékekre vonatkozó követelmények

GOST R IEC 62305-1-2010 Kockázatkezelés. Villámvédelem. 1. rész. Általános alapelvek
GOST R IEC 62305-2-2010 Kockázatkezelés. Villámvédelem. 2. rész: Kockázatértékelés
GOST R IEC 62305-4-2016 Villámvédelem. 4. rész Az elektromos és elektronikus rendszereképületek és építmények belsejében

GOST R54418.24-2013 (IEC 61400-24:2010) Megújuló energia. Szélenergia. Szélerőművek. 24. rész Villámvédelem

Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság(IEC; English International Electrotechnical Commission, IEC; French Commission électrotechnique internationale, CEI) - nemzetközi Nonprofit szervezet szabványosításról az elektromos, elektronikai és kapcsolódó technológiák területén.
Az IEC-szabványok számozása a 60000-79999 tartományba esik, és elnevezésük az IEC 60411 típusú grafikus szimbólumok. A régi IEC szabványok számait 1997-ben konvertálták a 60 000-es szám hozzáadásával, például az IEC 27 szabvány az IEC 60027 számot kapta. Nemzetközi szervezet a szabványosítás szerint olyan nevük van, mint az ISO/IEC 7498-1:1994 Open Systems Interconnection: Basic Reference Model.

A Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) szabványokat dolgozott ki, amelyek rögzítik a bármilyen rendeltetésű épületek és építmények túlfeszültség elleni védelmének alapelveit, lehetővé téve az épületszerkezetek tervezésének és a létesítmény villámvédelmi rendszerének helyes megközelítését, a racionális elhelyezést. berendezések és a kommunikáció lefektetése.

Ezek elsősorban a következő szabványokat tartalmazzák:

IEC-61024-1 (1990-04): „Épületszerkezetek villámvédelme. 1. rész. Alapelvek."

IEC-61024-1-1 (1993-09): „Épületszerkezetek villámvédelme. 1. rész. Alapelvek. Útmutató A: Védelmi szintek kiválasztása villámvédelmi rendszerek számára."

IEC-61312-1 (1995-05): „Védelem a villámlás elektromágneses impulzusai ellen. 1. rész. Alapelvek."

Az ezekben a szabványokban meghatározott követelmények alkotják a „zónavédelmi koncepciót”, amelynek fő elvei a következők:

fémelemekkel (merevítés, keret, teherhordó elemek stb.), egymással és a földelőrendszerrel elektromosan összekapcsolt, árnyékoló környezetet képező épületszerkezetek alkalmazása az objektumon belüli külső elektromágneses hatások hatásának csökkentésére (“ Faraday ketrec”);

megfelelően megvalósított földelési és potenciálkiegyenlítő rendszer megléte;

a létesítmény felosztása feltételes védőzónákra és speciális túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD) alkalmazása;

a védett berendezések és a hozzájuk kapcsolódó vezetékek elhelyezésére vonatkozó szabályok betartása a veszélyes hatást kiváltó vagy zavaró egyéb berendezésekhez, vezetékekhez képest.