Proteksi petir bangunan dan fasilitas

Pelepasan petir dari listrik atmosfer dapat menyebabkan kerusakan isolasi, kecelakaan pada instalasi listrik, kecelakaan dengan manusia dan kerusakan bangunan dan struktur.

Penampakan petir

Saat matahari memanaskan permukaan bumi, arus udara ke atas yang jenuh dengan uap air muncul. Partikel air yang lebih kecil bermuatan negatif, yang lebih besar bermuatan positif.

Di bawah pengaruh angin dan gravitasi, pemisahan partikel bermuatan berlawanan terjadi. Partikel air di awan yang naik hingga ketinggian lebih dari 5 km membeku dan runtuh. Kristal bermuatan positif terletak di bagian atas awan, pada ketinggian 5-7 km, bermuatan negatif - pada ketinggian 2-5 km. Sebagai hasil dari pemisahan muatan di awan, yang disebut terbentuk. Muatan luar angkasa dan bagian awan yang berbeda memiliki nilai dan tanda muatan yang berbeda. Muatan dari dasar awan menyebabkan muatan dengan tanda berlawanan di bumi.

Antara awan dan tanah, serta antara bagian awan yang berbeda atau antara awan yang berbeda, bidang intensitas tinggi muncul - beberapa puluh ribu volt per sentimeter. Pada kekuatan medan sekitar 30 kV / cm, terjadi ionisasi udara, terobosan dimulai - yang disebut pelepasan pemimpin (saluran bercahaya redup dengan diameter 10–20 m), bergerak dengan kecepatan rata-rata 200– 300 km/detik.

Di bawah pengaruh medan, muatan di tanah — di daerah dengan peningkatan konduktivitas (tempat basah, lapisan konduktif listrik, dll.) atau dengan benda tinggi (bukit, cerobong asap, menara air, tiang, kabel listrik, pohon, bangunan independen di atas dataran, dll.) — bergerak ke arah pengemudi.

Konduktor diarahkan ke objek dalam kaitannya dengan tegangan medan listrik terbesar dan kemudian terjadi pelepasan balik yang kuat, merambat dengan kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya (Gbr. 1). Selain itu, dalam waktu kurang dari sepersepuluh ribu detik, arus yang mencapai ratusan ribu ampere melewati struktur yang terpengaruh, di bawah pengaruh plasma memanas hingga beberapa puluh ribu derajat dan mulai bersinar terang.

Efek cahaya dari ejeksi dianggap sebagai kilat, dan ekspansi eksplosif udara di saluran pembuangan menghasilkan efek suara - guntur.

Beras. 1. Skema proses elektrifikasi awan petir dan perkembangan pelepasan petir menuju objek darat.

Pengukuran menunjukkan bahwa sekitar 3/4 pelepasan berasal dari bagian awan yang bermuatan negatif, dan 1/4 pelepasan berasal dari area bermuatan positif. Setelah yang pertama, beberapa pelepasan berturut-turut mungkin muncul.

Pelepasan petir dicirikan oleh parameter berikut:

• amplitudo arus — arus yang paling sering diamati adalah 10–30 kA, dalam 5–6% pengukuran arus mencapai 100–200 kA;

• panjang muka gelombang — durasi munculnya arus petir ke nilai maksimumnya (biasanya 1,5-2 μs).

Lebih jarang, petir bola diamati, yang merupakan bola plasma bercahaya dengan diameter hingga setengah meter, bergerak perlahan di bawah pengaruh arus udara di permukaan bumi. Petir bola menembus bangunan melalui cerobong asap, jendela, pintu.

Jika petir bola menyentuh organisme hidup, ada luka fatal, luka bakar parah terjadi, dan setelah kontak dengan struktur, ledakan dan kerusakan mekanis objek terjadi. Sifat petir bola masih belum dipahami dengan baik.

Dampak petir pada bangunan dan struktur

Sambaran petir langsung menyebabkan pecahnya penyangga, melelehnya struktur, pengapian dan ledakan, kerusakan mekanis, pemanasan struktur logam yang tidak dapat diterima dari petir yang melewatinya ke dalam tanah. Menurut data operasional, petir membakar lembaran logam setebal 4 mm.

Induksi elektrostatik memanifestasikan dirinya dalam penciptaan potensi tinggi pada struktur dan kabel logam berinsulasi, yang mengarah pada kerusakan tanah, yang pada gilirannya dapat menyebabkan sengatan listrik pada manusia, pengapian dan ledakan campuran bahan peledak, serta kerusakan pada isolasi pada instalasi listrik.

Induksi elektromagnetik memanifestasikan dirinya dalam induksi selama pelepasan arus pada struktur dan komunikasi logam yang diperluas (balok, rel, pipa, dll.), Terisolasi satu sama lain dan dari tanah, yang dapat menyebabkan percikan api atau busur.

Jika terjadi pelepasan petir, potensi tinggi juga diperkenalkan di sepanjang struktur tanah eksternal dan komunikasi.

Bangunan dan fasilitas, tergantung pada peruntukannya dan intensitas aktivitas petir di area lokasinya, harus dilindungi dari kerusakan petir atau efek sekunder yang disebabkan oleh pelepasan petir.

Wilayah dari Ural hingga Krasnoyarsk dan selatan Krasnoyarsk, dari Krasnoyarsk hingga Khabarovsk termasuk wilayah dengan durasi rata-rata aktivitas badai petir 40 hingga 60 jam. Di wilayah utara Krasnoyarsk, dari Krasnoyarsk hingga Nikolaevsk-on-Amur, durasi rata-rata aktivitas badai adalah dari 20 hingga 40 jam. Peningkatan aktivitas badai dari 60 menjadi 80 jam per tahun diamati di wilayah Altai Atas (Biysk-Gorno-Altaysk-Ust-Kamenogorsk). Proteksi petir bangunan dan struktur harus dilakukan sesuai dengan proyek yang dikembangkan oleh organisasi khusus.

Perlindungan terhadap sambaran petir langsung. Area jangkauan penangkal petir

Tindakan perangkat proteksi petir terdiri dari fakta bahwa penangkal petir logam yang menjulang di atasnya dipasang di dekat objek yang dilindungi, terhubung dengan andal ke tanah. Ketika terjadi pelepasan petir, konduktor yang bergegas ke tanah mendekati titik tertinggi dari peningkatan konduktivitas (bagian atas penangkal petir yang diarde berfungsi sebagai titik tersebut) dan pelepasan terjadi ke penangkal petir, melewati objek yang dilindungi.

Zona pelindung penangkal petir batang tunggal dengan tinggi h adalah kerucut dengan tinggi 0,92 jam dengan alas berbentuk lingkaran dengan radius 1,5 jam (Gbr. 2).

Semua struktur yang masuk ke dalam kerucut akan dilindungi dari sambaran petir langsung dengan keandalan minimal 95% (Zona B).Di dalam kerucut dengan ketinggian 0,85 jam dan radius dasar 1,1 jam, keandalan perlindungannya adalah 99,5%. (Zona A).

Beras. 2. Zona proteksi petir batang tunggal. A — zona perlindungan dengan keandalan 99,5%; B — zona perlindungan dengan keandalan 95%; 1 — penangkal petir; 2 — objek yang dilindungi.

Jika area situs lebih besar dari kawasan lindung, maka perlu menambah ketinggian penangkal petir atau memasang beberapa penangkal petir.

Perlindungan terhadap efek sekunder dari petir

Langkah utama untuk memerangi terjadinya potensi tinggi pada bangunan atau struktur akibat induksi elektrostatik selama pelepasan atmosfer adalah pembumian semua elemen konduktif bangunan.

Untuk menghilangkan pengaruh induksi elektromagnetik dalam elemen logam memanjang (saluran pipa, struktur logam, dll.), yang terakhir terhubung dengan andal dengan jembatan logam.

Untuk menghilangkan transfer potensi tinggi melalui komunikasi udara dan bawah tanah, input daya, radio, sinyal dan jaringan komunikasi diimplementasikan oleh pembatas kabel dan katup (misalnya, RVN-0.5) dan celah percikan, yang dipicu ketika kenaikan tegangan dipasang.