Мълниезащита и заземяване на морски плавателен съд
Светкавицата е електрически разряд в атмосферата, който възниква поради потенциална разлика в гръмотевичен облак или между облак и земята. Светкавицата е едно от най-опасните природни явления, чиито прояви под формата на директен удар върху обект или електрическа индукция могат да доведат до експлозии, пожари, токов удар на хора.
Мястото на удара не може да се предвиди. Като се има предвид фактът, че токовете на мълния винаги избират най-късия път до земята с най-малко съпротивление, тогава потенциалните обекти на разряда ще бъдат значително повдигнати сгради и техните елементи, които имат добра проводимост и са свързани към земята.
Вторичният ефект на мълнията се състои в способността на електромагнитното поле да индуцира значителен потенциал в отворени вериги и метални конструкции (окабеляване, тръбопроводи и др.), причинявайки неизправност на вътрешните системи и повреда на различни видове електрическо оборудване.
За да се предотвратят нежеланите последици от въздействието на мълния, се организира комплекс от мерки за мълниезащита.
Защитата на обект от пряко попадение от мълния се осъществява с помощта на гръмоотводи - устройства, които поемат удар от мълния и отклоняват тока по пътя в земята, който е безопасен за защитения обект. Гръмоотводът обикновено се състои от гръмоотвод, токоотвод и заземяващ електрод. В зависимост от конструкцията на гръмоотвода се разграничават прътови, кабелни и мрежести мълниеотводи. За защита срещу вторични прояви на мълния, под формата на електромагнитни импулси и пренапрежения, създадени от тях, е необходимо да се използват предпазители и отводители за пренапрежение - SPD за защита на DC и AC вериги, които ще предпазят електрониката, сензоритеи радиокомуникационни устройства. Също така се препоръчва да се свързват паралелно положени кабели и тръби с метални джъмпери и да се заземяват обвивките на кабелите и тръбопроводите.
Ефективността на мерките за мълниезащита на даден обект до голяма степен зависи от добре изпълнената заземителна система.
1. Характеристики на заземяване и мълниезащита на морски съдове
Както вече беше отбелязано, удар от мълния най-вероятно ще падне върху издигнати обекти, в местата на които силата на електрическото поле рязко се увеличава. Когато се прилага за кораб на вода, това означава, че е най-вероятно мълния да удари мачтата му. Като се има предвид ролката, други изпъкнали конструкции на плавателния съд, като разпръсквачи, ванти и стойки, също могат да бъдат изложени на риск. При извършване на мълниезащитни мерки за морски кораб е важно да се вземе предвид особеността, че той е заобиколен от вода от всички страни и няма сгради, извисяващи се наблизо. Задачата е да се прихване и отклони тока на мълнията по безопасен път за защитавания обект във водата. В противен случай има голяма вероятност от различни повреди на плавателния съд - от искрищи кабели до нарушаване на целостта на дъното.
Практически е невъзможно да се предотврати напълно корабът да бъде ударен от мълния, когато е в открито море по време на гръмотевична буря. Правилно организираната система за мълниезащита ако не елиминира, то значително ще намали възможните щети на кораба и неговото оборудване в случай на пряко попадение от мълния.
В живота обаче повечето щети на кораб по време на гръмотевична буря се дължат на появата на електрически удари в металните му елементи в резултат на удар на мълния във водата наблизо. Под въздействието на електромагнитните импулси, които възникват, в този случай електрониката може да се повреди, хората могат да бъдат ударени от електрически ток, много по-рядко структурниповреда на кораба. Прилагането на защитни мерки срещу вторичните въздействия на мълниевите разряди осигурява пълноценна мълниезащита на съда.
2.1. Правила за мълниезащита и заземяване на кораби
На кораби с неметален корпус мълниезащитата се осигурява чрез монтиране на единични гръмоотводи на върха на мачтите, заземени през корпуса на кораба. Корабните мълниезащитни устройства като цяло не се различават от крайбрежните и също се състоят от гръмоотвод, токопровод и заземяване.
Корабът се счита за защитен от директен удар на мълния, ако защитните зони, образувани от гръмоотводи, покриват всички открити пространства на него. Вероятността мълния да порази конструктивните елементи на кораба в защитната зона е почти нулева. Защитните зони на мълниеприемниците задължително трябва да покриват местата на взривоопасни смеси, поставяне на взривоопасни и запалими стоки, материали, оборудване.
hx е височината на защитената зона; h01 е предполагаемата височина на основната мачта; hс е височината на защитната зона в средата между мачтите; h02 е очакваната височина на полумачтата на товара; h е разстоянието (височината) до точката на най-голямото провисване на кабела; hop е височината на опорите; h3 - височина на предната мачта; L1, L2 - разстояние между мачтите.
Допуска се липсата на мълниезащитни устройства за несамоходни плавателни съдове, предназначени за превоз на минерални товари, експлоатирани без екипаж. Антените на кораба са монтирани под гръмоотводите. Работата им като гръмоотводи е забранена.
Мълниезащитното заземяване е задължително за всичкиизолирани метални конструкции, екрани на електрически мрежи и съобщителни линии, тръбопроводи и входове към взривоопасни помещения. Необходимо е да се осигури защита от корозия на корабните мълниезащитни елементи и техните връзки.
2.2. Как корабите се предпазват от мълния
Всяка мачта, изработена от непроводим материал (въглища, дърво), е оборудвана с гръмоотвод под формата на меден или стоманен прът (диаметър 12 mm). Мълниеприемникът подлежи на надеждно заземяване. Инсталирането на други устройства върху него не е разрешено.
От гръмоотвода от външната страна на мачтата или надстройката на плавателния съд, доколкото е възможно от взривоопасни места, се полага отвеждащ проводник (изходен проводник), за който се използва прът със сечение от 70 mm2 или повече за медна и 100 mm2 или повече за стоманена тел. Изключително важно е да проведете спускащия проводник в права линия, като осигурите най-малък брой завои.
Корабите с неметален корпус са оборудвани с отделен токопровод, който не е свързан към шините за защитно и работно заземяване.
Към тях трябва да се свържат незаземени проводящи части, разположени на разстояние 200 mm от долните проводници, за да се предотврати натрупването на статичен потенциал.
Гръмоотводът и металният корпус на плавателния съд в дока са свързани към бреговото заземително устройство.
2.3. Как е организирано заземяването на корабите
Когато мълния удари мачтата, токът ще се оттича във водата през корпуса на кораба. На кораби с метален корпус организациятане е необходимо заземяване. Корпусът на стоманени и алуминиеви яхти действа като "Фарадеев щит", предпазвайки екипажа на кораба от въздействието на електрическо поле.
Всички възможни мълниеносни предмети на дървени и пластмасови яхти подлежат на задължително заземяване. Заземителният електрод е направен от лист мед или месинг с дебелина най-малко 2 mm. Колкото по-голяма е земната площ, толкова по-добра защита осигурява. Минималната допустима площ на заземително устройство за кораб е 0,5 кв. м.
Корабният заземител е потопен във входа. В същото време е необходимо да се предвиди, че при газене и най-големия допустим крен на плавателния съд, той винаги има пряк контакт с водата.
Метален кил в пряк контакт с вода и неизолиран от нея с дебели слоеве боя или фибростъкло се счита за най-добрия заземен електрод. До него водят всички заземителни кабели.
На кораби с композитен корпус метален ствол или други метални конструкции, боядисани с проводим състав, се използват като заземяващ електрод, потапяйки ги във вода.
За изравняване на електрическите потенциали на метални части: парапети, стокове, кожухи, стойки, мачти и др., Те се свързват с кабел в една верига, която след това се заземява. Защитата на бордовата електроника от ефектите на статичното електричество се извършва по същия начин.
Използването на антистатични добавки към пластмасите позволява да се елиминира статичната електризация на диелектриците чрез увеличаване на тяхната повърхностна проводимост. Заземяването на корабно оборудване, а именно метални обвивки и екрани на нискочестотни кабели, се извършва с помощта на проводящ бояджийски материал, който образува зона с ниско обемно съпротивление върху повърхността на боядисания продукт, което прави възможно свързването мукъм заземителната система.
3. Заключение
Практически е невъзможно да се изключи възможността мълния да удари кораб в морето и да няма други извисяващи се сгради наблизо. В случаите, когато собствените конструктивни елементи на кораба не осигуряват мълниезащитата му, е необходимо да се монтират гръмоотводи за всяка от мачтите със задължително заземяване на всички потенциални обекти на мълния. Голяма опасност е не само директният удар на мълния, но и въздействието на електромагнитни импулси върху веригите на кораби, превозващи запалими и експлозивни товари на борда. Нагряването и възможното искрене на незаземена верига в този случай ще предизвикат пожар.
Въпреки факта, че удар от мълния може да доведе до сериозни последици, обмислената и добре изпълнена защита срещу нейните първични и вторични прояви ще направи всяко пътуване на дълги разстояния безопасно.
Всички контейнери, предназначени за съхранение и транспортиране на запалими стоки, подлежат на задължително заземяване. Оборудването за приемане и източване на запалими течности, а именно маркучи и тръбопроводи, е свързано към специални гуми, разположени по релсите, здраво свързани помежду си и с корпуса на кораба. Тръбопроводите и нефтопроводите, разположени на открити площи и преминаващи през взривоопасни помещения, се заземяват на всеки 10 m по дължината им до корпуса на кораба. Заземяването на тръбопроводите на горната палуба, поради възможното натрупване на взривоопасни газове, се извършва на всеки 30 m.