Blitzschutz von Gebäuden und Anlagen

Blitzentladungen aus atmosphärischer Elektrizität können zu Isolationsschäden, Unfällen in Elektroinstallationen, Unfällen mit Personen und der Zerstörung von Gebäuden und Bauwerken führen.

Das Erscheinen eines Blitzes

Wenn die Sonne die Erdoberfläche erwärmt, entstehen mit Wasserdampf gesättigte Aufwärtsluftströme. Kleinere Wasserteilchen sind negativ geladen, größere sind positiv geladen.

Unter dem Einfluss von Wind und Schwerkraft kommt es zu einer Trennung entgegengesetzt geladener Teilchen. Wasserpartikel in Wolken, die eine Höhe von mehr als 5 km erreichen, gefrieren und kollabieren. Positiv geladene Kristalle befinden sich im oberen Teil der Wolke in einer Höhe von 5–7 km, negativ geladene Kristalle befinden sich in einer Höhe von 2–5 km. Durch die Ladungstrennung in den Wolken entstehen die sogenannten. Raumladungen und verschiedene Teile der Gewitterwolke haben unterschiedliche Ladungswerte und Vorzeichen. Ladungen von der Unterseite der Wolke verursachen Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen am Boden.

Zwischen den Wolken und dem Boden sowie zwischen verschiedenen Teilen der Wolke oder zwischen verschiedenen Wolken entstehen Felder hoher Intensität – mehrere Zehntausend Volt pro Zentimeter. Bei einer Feldstärke von etwa 30 kV/cm kommt es zur Ionisierung der Luft, ein Durchbruch beginnt – die sogenannte Leader-Entladung (ein schwach leuchtender Kanal mit einem Durchmesser von 10–20 m), der sich mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 200– bewegt 300 km/sek.

Unter der Wirkung des Feldes werden Ladungen auf dem Boden erzeugt – in Bereichen mit erhöhter Leitfähigkeit (nasse Orte, elektrisch leitende Schichten usw.) oder an hohen Objekten (Hügel, Schornsteine, Wassertürme, Masten, Stromleitungen, Bäume, unabhängige Gebäude). in der Ebene usw.) – gehen Sie auf den Fahrer zu.

Der Leiter wird auf das Objekt gerichtet, in Bezug auf das die elektrische Feldspannung am größten ist, und dann kommt es zu einer starken Gegenentladung, die sich mit einer Geschwindigkeit ausbreitet, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar ist (Abb. 1). Darüber hinaus fließt in weniger als einer Zehntausendstelsekunde ein Strom von Hunderttausenden Ampere durch die betroffene Struktur, unter dessen Einfluss sich das Plasma auf mehrere Zehntausend Grad erhitzt und hell zu leuchten beginnt.

Der Lichteffekt des Ausstoßes wird als Blitz wahrgenommen und die explosionsartige Ausbreitung der Luft im Auslasskanal erzeugt einen Geräuscheffekt – Donner.

Reis. 1. Schematische Darstellung des Prozesses der Elektrifizierung einer Gewitterwolke und der Entwicklung einer Blitzentladung in Richtung eines Bodenobjekts.

Messungen zeigen, dass etwa 3/4 der Entladungen aus den negativ geladenen Teilen der Wolke stammen und 1/4 der Entladungen aus den positiv geladenen Bereichen. Nach der ersten können mehrere weitere aufeinanderfolgende Entladungen auftreten.

Blitzentladungen zeichnen sich durch folgende Parameter aus:

• Stromamplitude – der am häufigsten beobachtete Strom beträgt 10–30 kA, in 5–6 % der Messungen erreicht der Strom 100–200 kA;

• Länge der Wellenfront – die Dauer des Anstiegs des Blitzstroms auf seinen Maximalwert (normalerweise 1,5–2 μs).

Viel seltener werden Kugelblitze beobachtet, bei denen es sich um leuchtende Plasmakugeln mit einem Durchmesser von bis zu einem halben Meter handelt, die sich unter dem Einfluss von Luftströmungen langsam auf der Erdoberfläche bewegen. Kugelblitze dringen durch Schornsteine, Fenster und Türen in Gebäude ein.

Trifft ein Kugelblitz einen lebenden Organismus, kommt es zu tödlichen Verletzungen, schweren Verbrennungen und bei Kontakt mit Bauwerken kommt es zu Explosionen und mechanischer Zerstörung von Gegenständen. Die Natur des Kugelblitzes ist noch immer nicht vollständig verstanden.

Auswirkungen von Blitzen auf Gebäude und Bauwerke

Ein direkter Blitzeinschlag führt zum Aufbrechen von Stützen, zum Schmelzen von Strukturen, zu Entzündungen und Explosionen, zu mechanischer Zerstörung sowie zu einer unzulässigen Erwärmung von Metallstrukturen durch Blitze, die durch sie hindurch in den Boden eindringen. Laut Betriebsdaten brennt ein Blitz durch Blech mit einer Dicke von 4 mm.

Elektrostatische Induktion äußert sich in der Entstehung eines hohen Potenzials an isolierten Metallkonstruktionen und -drähten, was zur Zerstörung des Bodens führt, was wiederum zu Stromschlägen bei Menschen, Entzündung und Explosion explosiver Gemische sowie Schäden an der Erde führen kann Isolierung in Elektroinstallationen.

Elektromagnetische Induktion äußert sich in der Induktion während der Entladung von Streckmetallstrukturen und Kommunikationsmitteln (Träger, Schienen, Rohrleitungen usw.), die voneinander und vom Boden isoliert sind und einen Funken oder Lichtbogen verursachen können.

Im Falle einer Blitzentladung werden auch entlang äußerer Erdbauwerke und Kommunikationswege hohe Potenziale eingeleitet.

Gebäude und Anlagen müssen je nach Zweck und Intensität der Blitzeinwirkung im Bereich ihres Standortes vor Blitzschäden oder Folgewirkungen durch Blitzentladungen geschützt werden.

Das Gebiet vom Ural bis Krasnojarsk und südlich von Krasnojarsk, von Krasnojarsk bis Chabarowsk, gehört zu Gebieten mit einer durchschnittlichen Dauer der Gewitteraktivität von 40 bis 60 Stunden. In der Region nördlich von Krasnojarsk, von Krasnojarsk bis Nikolaewsk am Amur, beträgt die durchschnittliche Dauer der Gewitteraktivität 20 bis 40 Stunden. In den Regionen Oberaltai (Bijsk-Gorno-Altaisk-Ust-Kamenogorsk) wird eine erhöhte Gewitteraktivität von 60 auf 80 Stunden pro Jahr beobachtet. Der Blitzschutz von Gebäuden und Bauwerken muss nach den von spezialisierten Organisationen entwickelten Projekten durchgeführt werden.

Schutz vor direkten Blitzeinschlägen. Abdeckungsbereich des Blitzableiters

Die Wirkung von Blitzschutzgeräten besteht darin, dass in der Nähe des geschützten Objekts ein darüber aufragender metallischer Blitzableiter installiert wird, der zuverlässig mit der Erde verbunden ist. Bei einer Blitzentladung nähert sich der zur Erde führende Leiter dem höchsten Punkt mit erhöhter Leitfähigkeit (der obere Teil des geerdeten Blitzableiters dient als solcher Punkt) und die Entladung erfolgt zum Blitzableiter, wobei das geschützte Objekt umgangen wird.

Die Schutzzone eines Einstab-Blitzableiters der Höhe h ist ein Kegel der Höhe 0,92 h mit einer Grundfläche in Form eines Kreises mit einem Radius von 1,5 h (Abb. 2).

Alle Bauwerke, die in den Kegel passen, werden mit einer Zuverlässigkeit von mindestens 95 % vor einem direkten Blitzeinschlag geschützt (Zone B).Innerhalb eines Kegels mit einer Höhe von 0,85 Stunden und einem Basisradius von 1,1 Stunden beträgt die Schutzsicherheit 99,5 %. (Zone A).

Reis. 2. Einzelstab-Blitzschutzzonen. A – Schutzzone mit 99,5 % Zuverlässigkeit; B – Schutzzone mit 95 % Zuverlässigkeit; 1 – Blitzableiter; 2 – geschütztes Objekt.

Ist die Grundstücksfläche größer als das Schutzgebiet, ist es erforderlich, die Höhe des Blitzableiters zu erhöhen oder mehrere Blitzableiter zu installieren.

Schutz vor sekundären Blitzeinwirkungen

Die wichtigste Maßnahme zur Bekämpfung des Auftretens hoher Potentiale in Gebäuden oder Bauwerken aufgrund elektrostatischer Induktion bei atmosphärischen Entladungen ist die Erdung aller leitfähigen Elemente des Gebäudes.

Einfluss entfernen Elektromagnetische Induktion Bei langgestreckten Metallelementen (Rohrleitungen, Metallkonstruktionen etc.) werden diese zuverlässig mit Metallbrücken verbunden.

Um die Übertragung hoher Potenziale durch Luft- und Untergrundkommunikation zu verhindern, werden die Eingänge von Strom-, Funk-, Signal- und Kommunikationsnetzen durch Kabel- und Ventilbegrenzer (z. B. RVN-0,5) und Funkenstrecken realisiert, die beim Einschalten ausgelöst werden Spannungserhöhungen installiert sind.