Рефераты бесплатно » Безопасность жизнедеятельности » Физическая природа и опасные факторы атмосферного электричества
Информация к новости
  • Просмотров: 1319
  • Автор: LOL
  • Дата: 26-05-2008, 03:32
 (голосов: 0)
26-05-2008, 03:32

Физическая природа и опасные факторы атмосферного электричества

Категория: Безопасность жизнедеятельности

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состоянии.

Площадь океанов и морей составляет 71 % поверхности земного шара. Каждый 1 см2 поверхности Земли в те­чение года в среднем получает 460 кДж солнечной энергии. Подсчитано, что из этого количества 93 кДж/(см*год) расходуется на испарение воды с по­верхности водных бассейнов. Подни­маясь вверх, водяные пары охлаждают­ся и конденсируются в мельчайшую во­дяную пыль, что сопровождается выде­лением теплоты парообразования (2260 кДж/л). Образовавшийся избы­ток внутренней энергии частично расхо­дуется на эмиссию частиц с поверхности мельчайших водяных капелек. Для от­

деления от молекулы воды протона (Н) требуется 5,1 эВ, для отделения электрона 12,6 эВ, а для отделения молекулы от кристалла льда достаточно 0,6 эВ, поэтому основными эмитируемы­ми частицами являются молекулы воды и протоны. Количество эмитируемых протонов пропорционально массе час­тиц. Результирующий поток протонов всегда направлен от более крупных ка­пелек к мелким. Соответственно более крупные капельки приобретают отрица­тельный заряд, а мелкие положи­тельный. Чистая вода хороший диэ­лектрик и заряды на поверхности капе­лек сохраняются длительное время. Бо­лее крупные тяжелые отрицательно за­ряженные капельки образуют нижний отрицательно заряженный слой облака. Мелкие легкие капельки объединяются в верхний положительно заряженный слой облака. Электростатическое притя­жение разноименно заряженных слоев поддерживает сохранность облака как целого.

Эмиссия протонов возникает допол­нительно при кристаллизации водяных частиц (превращении их в снежинки, градинки), так как при этом выделяет­ся теплота плавления, равная 335 кДж/л. При соударениях капелек, снежинок, градинок работа ветра в ко­нечном счете приводит к эмиссии прото­нов, к изменению величины заряда час­тиц. Следовательно, атмосферное элект­ричество (АтЭ) и статическое электри­чество (СтЭ) имеют одинаковую физи­ческую природу. Различаются они масштабом образования зарядов и зна­ком эмитируемых частиц (электроны или протоны).

О единстве природы АтЭ и СтЭ сви­детельствуют опытные данные. Сухой снег представляет собой типичное сыпу­чее тело; при трении снежинок друг о друга и их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться, что и происходит в действительности. Наблюдения на Крайнем Севере и в Си­бири показывают, что при низких темпе­ратурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, в облаках снежной пыли бывают видны синие и фиолетовые вспышки, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень ;ильные метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подк:лючаемые к ним электролампочки светятся полным накалом. Те же явления наблюдаются во время сильных пыльных (песчанных) бурь.

Наличие множества взаимодействующих факторов дает сложную картину распределения зарядов АтЭ в обла­ках и их частях. По экспериментальным данным нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, а верхняя положительный, но может иметь место и противоположная полярность частей облака. Облака могут также нести преимущественно заряд одного знака.

Заряд облака (части облака) образуют мельчайшие одноименно заряженные частицы воды (в жидком и твердом состоянии), размещенные в объеме нескольких км3.

Электрический потенциал грозового облака составляет десятки миллионов вольт, но может достигать 1 млрд. В. Однако общий заряд облака равен нескольким кулонам.

Основной формой релаксации заря­дов АтЭ является молния электрический разряд между облаком и землей или между облаками (частями облаков). Диаметр канала молнии равен примерно 1 см, ток в канале молнии составляет десятки килоампер, но может достигать 100 кА, температура в канале молнии равна примерно 25 000°С, продолжительность разряда составляет доли секунды.

Молния является мощным поражающим опасным фактором. Прямой удар молнии приводит к механическим раз-рушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызывает пожары и взрывы, является прямой или косвенной причиной гибели людей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и вещества в пар высокого давления на путях протекания тока молнии в названных объектах. Прямой удар молнии называют первичным воз­действием атмосферного электричества.

К вторичному воздействию АтЭ относят: электростатическую и электро­магнитную индукции; занос высоких по­тенциалов в здания и сооружения.

Рассмотрим опасные факторы вто­ричного воздействия АтЭ. Образовав­шийся электростатический заряд обла­ка наводит (индукцирует) заряд проти­воположного знака на предметах, изо­лированных от земли (оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши зданий, провода ЛЭП, радиосети и т. п.). Эти заряды сохраняются и пос­ле удара молнии. Они релаксируют обычно путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. В этом заключается опас­ность электростатической индукции.

Явление электромагнитной индукции заключается в следующем. В канале молнии протекает очень мощный и быст­ро изменяющийся во времени ток. Он создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле индуциру­ет в металлических контурах электро­движущую силу разной величины. В местах сближения контуров между ни­ми могут происходить электрические разряды, способные воспламенить го­рючие смеси и вызвать электротравма­тизм.

Занос высоких потенциалов в здание происходит в результате прямого удара молнии в металлокоммуникации, распо­ложенные на уровне земли или над ней вне зданий, но входящие внутрь зданий. Здесь под металлокоммуникациями по­нимают рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП и т. п. Зане­сение высоких потенциалов внутрь зда­ния сопровождается электрическими разрядами на заземленное оборудова­ние, что может привести к воспламене­нию горючих смесей и электротравма­тизму людей.

ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Требуемая степень защиты зданий, сооружений и открытых установок от воздействия атмосферного электричества зависит от взрывопожароопасности названных объектов и обеспечивается правильным выбором категории устрой­ства молниезащиты и типа зоны за­щиты объекта от прямых ударов молнии.

Степень взрывопожароопасности объектов оценивается по классифика­ции Правил устройства электроустано­вок (ПУЭ). Инструкция по проектиро­ванию и устройству молниезащиты СН 305 77 устанавливает три категории устройства молниезащиты (I, II, III) и два типа (А и Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5 % молний, а типа Б не менее 95 %.

По I категории организуется защита объектов, относимых по класси­фикации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов В-1 и В-П (см. гл. 20). Зона защиты для всех объектов (независимо от места расположения объекта на тер­ритории СССР и от интенсивности гро­зовой деятельности в месте расположе­ния) применяется только типа А.

По II категории осуществляет­ся защита объектов, относимых по клас­сификации ПУЭ к взрывоопасным зо­нам классов В-1а, В-16 и В-Па. Тип зоны защиты при расположении объектов в местностях со средней грозовой дея­тельностью 10 ч и более в год определя­ется по расчетному количеству N пора­жений объекта молнией в течение года:

при N<=1 достаточна зона защиты ти­па Б; при N> 1 должна обеспечивать­ся зона защиты типа А. Порядок расче­та величины N показан в нижеприведен­ном примере. Для наружных технологи­ческих установок и открытых складов, относимых по ПУЭ к зонам класса В-1г, на всей территории СССР (без расчета N) принимается зона защиты типа Б.

По III категории организуется защита объектов, относимых по ПУЭ к пожароопасным зонам классов П-1, П-2 и П-2а. При расположении объек­тов в местностях со средней грозовой деятельностью 20 ч и более в год и при N> 2 должна обеспечиваться зона за­щиты типа А, в остальных случаях типа Б. По III категории осуществляется также молниезащита общественных и жилых зданий ,башен, вышек, труб, предприятий, зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения. Тип зоны защиты этих объектов определяет­ся в соответствии с указаниями СН 30577.

12
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация
Комментировать новости на сайте возможно только в течении 10 дней со дня публикации.
загрузка...