Понимание систем молниезащиты

ПониманиелмолнияПзащитаСсистемы

Научные достижения улучшают молниезащиту критически важных объектов

Бенджамин Франклин продемонстрировал, что электропроводящая дорожка может безопасно направлять удары молнии с крыши здания в землю.. Его система молниезащиты (СМЗ) неоднократно доказывала свою эффективность и постепенно совершенствовалась в течение последних 2 столетий.. Для обычных объектов,он обеспечивает надежную и доступную защиту, если он спроектирован и установлен в соответствии со стандартами. НФПА 780:Стандарт устройства систем молниезащиты.

Однако требования к молниезащите многих сооружений превышают требования, обеспечиваемые обычными молниеотводами (ранее называвшимися громоотводами) и заземлением.. Их уязвимость возросла, поскольку все более чувствительная электроника теперь контролирует жизненно важные функции, включая безопасность зданий.,климат-контроль,хранение и обработка данных,освещение,производственное и технологическое оборудование,дверная фурнитура и системы доступа,системы здравоохранения,и другие важные функции. В то же время,риск, по-видимому, возрастает из-за более частых экстремальных погодных явлений, связанных с изменением климата.,как молния сопровождает торнадо и ураганы, а также грозы.

Молния представляет собой значительный риск для зданий, их обитателей и содержимого. Во всем мире он бьет от 40 до 50 раз в секунду.,в общей сложности почти 1,4 миллиарда вспышек в год,до более чем 200,000 ампер практически беспрепятственного тока, протекающего между ионными зарядами в атмосфере и Земле.. Каждый регион Северной Америки уязвим к молниям. В национальном масштабе,молния причиняет примерно такой же ущерб, как и торнадо. Масштабы этого опустошения,однако,часто не признается, поскольку отдельные удары молний не привлекают внимания средств массовой информации, которое уделяется региональным катастрофам.. Тем не менее, одиночный удар молнии может стать катастрофой для бизнеса или сообщества, если он нарушит работу критически важных операций.

Страховые выплаты за поврежденные молнией здания в США. в общей сложности более 5 миллиардов долларов в год. Эта цифра занижает стоимость, поскольку она в первую очередь измеряет пожар и структурные повреждения и не учитывает большую часть повреждений электронных устройств и систем.. Повреждение электронных устройств молнией часто ошибочно связывают с другими причинами.

Учитывать,например,травматологический центр I уровня, в котором был установлен новый резервный генератор. Генератор неоднократно выходил из строя,ежемесячные осмотры,и больница предъявила претензии по гарантии производителя. Кто-то в конце концов заметил корреляцию между сбоями оборудования и грозами в этом районе.,и было обнаружено, что генератор не был должным образом интегрирован в систему LPS здания.. С момента исправления,Менеджер объекта сообщает, что генератор снова не вышел из строя.

Даже если страховой полис оплатил поврежденное оборудование,покроет ли это косвенный ущерб,например, потеря дохода или неспособность отреагировать в чрезвычайной ситуации?Вы бы не хотели быть начальником полиции или пожарной охраны, который не может отреагировать на ущерб, нанесенный ураганом, потому что сам ураган сжег вашу систему связи.

Оценка риска

Хорошей отправной точкой для понимания потребностей вашего здания в молниезащите является оценка риска молний, ​​приведенная в Приложении L к NFPA 780.

Стандарт рекомендует молниезащиту, когда уязвимость конструкции к молниям превышает допустимый риск.:

•  Уязвимость определяется плотностью молний (частота/площадь/год на основе карт национальной метеорологической службы) с модификациями в зависимости от площади конструкции.,высота,топография,и близость к более высоким строениям или деревьям. 
• Риск зависит от проводимости и горючести крыши и конструктивной системы.,стоимость и горючесть здания,легкость эвакуации пассажиров,отношение владельца к непрерывности деятельности,и экологические опасности,например, выброс опасных материалов.

Независимо от расчетов,NFPA рекомендует серьезно подумать о молниезащите при наличии любого из следующих факторов.

• Большие толпы
• Высокая частота вспышек молний
• Высокий,изолированные структуры
• Взрывоопасное или легковоспламеняющееся содержимое
• Незаменимое культурное наследие
• Нормативные или страховые требования
• Непрерывность критически важных услуг.

Мониторинг молний

Многие из последних достижений в области молниезащиты были разработаны для военных и космических запусков.. Это понятно, ведь пусковые мощности,например, на мысе Канаверал,Флорида.,расположены в районах с интенсивной грозовой активностью. На таких стартовых комплексах,стоимость активов высока,авиационное и авиационное оборудование чувствительно,ракеты и их пусковые конструкции высокие,и ставки огромны, когда астронавты или другие ценные полезные грузы сидят на вершине огромных,высоколетучие баки с ракетным топливом.

Это было проиллюстрировано в 2011 году, когда космический корабль «Атлантис» находился на стартовом комплексе 39А (LC-39A) в Космическом центре Кеннеди.. За день до того, как «Атлантида» должна была совершить последнее путешествие в рамках программы «Шаттл» НАСА.,молния ударила возле стартового комплекса,дважды. Важнейшими вопросами для инженеров и чиновников, надеющихся удержать запуск по графику, были следующие::Куда именно ударили молнии,и были ли они достаточно близко, чтобы повредить электрические системы шаттла??

В то время две системы отслеживали грозовую активность вокруг Космического центра Кеннеди.:местная система наблюдения за молниями «облако-земля» (CGLSS),эксплуатируется 45-м полком ВВС Погодная эскадрилья,и НАС. Национальная сеть обнаружения молний (НЛДН),общенациональная система обнаружения молний, ​​принадлежащая и управляемая Vaisala,частная компания.

Системы показали, что молния была близка к LC-39A.,где Атлантида ждала запуска. Но предыдущие исследования НАСА показали, что и CGLSS, и NLDN дали сомнительные результаты.:Они сообщили об 70–80% ударов молний и были склонны сообщать о ударах там, где их на самом деле не произошло.

В предыдущих случаях,удары молний в районе стартовой площадки задержали бы запуск на неделю, пока инженеры повторно тестировали потенциально затронутые системы. На этот раз,однако,НАСА воспользовалось новой системой мониторинга молний.. В системе использованы самые современные,высокоскоростные камеры, предназначенные для визуального наблюдения за любой молнией, ударяющей непосредственно в площадку или в непосредственной близости от нее.

На изображениях с камеры видно, что один удар произошел за пределами периметра LC-39A, а другой попал в резервуар с водой.. Представители НАСА имели достаточную уверенность в относительно непроверенной системе, чтобы обеспечить запуск «Атлантиды».

Коммерческая доступность

Технология, аналогичная системе наблюдения, используемой для наблюдения за Атлантидой на стартовой площадке, была усовершенствована и теперь доступна коммерчески.. Оптическая система мониторинга молний использует высокоскоростную,камеры с нулевым мертвым временем для обнаружения и записи 100% ударов в указанной зоне наблюдения. В системе используются надежные,Компоненты аэрокосмического класса, которые легко развертываются и питаются от солнечной энергии, обеспечивают немедленные отчеты, которые позволяют своевременно реагировать.

Недавно,инновационная оптическая система наблюдения за молниями сыграла решающую роль в успешном запуске в декабре 2016 года Глобальная навигационная спутниковая система «Циклон» (СИГНСС),позволяя продолжить обратный отсчет, несмотря на жестокую молнию на базе ВВС на мысе Канаверал всего за несколько дней до запланированного развертывания. CYGNSS содержит восемь микроспутников, которые будут измерять скорость ветра над океанами Земли.,повышение способности ученых понимать и прогнозировать ураганы. CYGNSS был запущен в декабре. 15,2016 год,от Orbital ATK Inc.. используя свою ракету Pegasus XL — ракету воздушного базирования, установленную под модифицированным самолетом Lockheed L-1011.

Две оптические системы наблюдения за молниями обеспечили беспрецедентную точность определения места удара молнии.. Инженеры немедленно рассмотрели собранные данные и предоставили убедительные доказательства того, что самолет и ракета не подверглись воздействию молний, ​​которые могли бы поставить под угрозу миссию.

Комментирование фотографии, сделанной системой,Об этом заявил представитель НАСА Шон Поттер.,«Хотя на фотографии создается впечатление, что молния ударила прямо в самолет-носитель L-1011 компании Orbital ATK.,удар произошел примерно в 2,5 милях от места нахождения самолета рядом с взлетно-посадочной полосой базы ВВС на мысе Канаверал.. Самолет и ракета Pegasus XL были окружены системой молниезащиты, предназначенной для их защиты в случае, если удар действительно произошел в непосредственной близости.;три мачты ЛПС можно увидеть вблизи передней и кормовой части самолета».

Для увеличения LPS,Поттер сказал,«Система наблюдения была разработана для программы запуска услуг НАСА для документирования и оценки потенциальных вредных последствий ударов молний.. Система наблюдения за молниями предоставила своевременные и точные данные, которые позволили продолжить обратный отсчет Pegasus XL, несмотря на многочисленные удары молний, ​​зафиксированные в тот день». Он также сообщил, что подрядчик,«Оказал выдающуюся поддержку и смог быстро предоставить информацию, которая помогла смягчить беспокойство и продвинуться вперед с запуском».

Оптическая система наблюдения за молниями оказывается неоценимой для других отраслей промышленности.. В ветроэнергетике,например,лопасть ветрогенератора, поврежденная молнией, может вывести турбину из равновесия,потенциально может привести к обрушению всей башни. Мониторинг всей ветряной электростанции,Оператор может быстро определить, была ли повреждена конкретная ветряная турбина, чтобы ее можно было безопасно остановить для технического обслуживания и, возможно, предотвратить катастрофический отказ.

В страховой отрасли,Точное наблюдение за молниями позволяет владельцам недвижимости документировать заявления о том, что ущерб вызван молнией, а не механической неисправностью.. Сходным образом,страховые компании могут защитить от мошеннических претензий. Обе стороны получают выгоду от необходимости отправлять следователей на места для проведения дорогостоящей криминалистической работы.

Горизонтальный след объекта является важным фактором, определяющим уязвимость к молниям.. Это делает систему оптического наблюдения особенно ценной для организаций, предоставляющих услуги в регионах со множеством ценных активов.,такие как аэропорт и гавани,военные объекты,строительные площадки,объекты электрогенерации,и комплексы с множественными молниезащитными конструкциями.

Сработавшая молния

Ракеты также используются для направления молний на Землю в рамках исследовательских и испытательных программ.,используя современную версию знаменитого эксперимента Франклина с воздушным змеем. В Международном центре исследований и испытаний молний (ICLRT) Университета Флориды в Кэмп-Бландинге.,маленькие ракеты запускаются в сторону грозовых облаков. Ракеты тянутся по тонкому проводу, который обеспечивает проводящий путь для реальных токов молнии, которые могут следовать к земле, где можно проводить испытания.. Инициируемая молния обеспечивает гораздо более реалистичные условия испытаний, чем могут быть достигнуты с использованием даже самых крупных лабораторных искровых генераторов.. Лабораторные искровые генераторы имитируют либо высокое напряжение, либо большой ток, присутствующий во время грозового разряда.,но не удается воспроизвести обе величины одновременно,так, как они происходят в реальной молнии.

Эти реальные токи молнии можно подавать непосредственно в точные места на конкретном испытуемом объекте.. Испытательные изделия также могут подвергаться косвенному электромагнитному воздействию молнии.,с точно контролируемым расстоянием между испытуемым предметом и молнией. ICLRT оснащен антеннами электрического и магнитного поля.,детекторы рентгеновского и гамма-излучения,высокочастотные и сверхвысокочастотные системы,и оптические измерительные системы для обнаружения и регистрации всех аспектов срабатывания молнии и ее взаимодействия с объектом испытаний..  

Благодаря исследовательскому партнерству с частным бизнесом,ICLRT теперь доступен для коммерческого тестирования.. Он используется для тестирования изделий самых разных размеров: от отдельных электронных компонентов до полноразмерных интегрированных систем и строительных конструкций, которые должны выдерживать самое худшее, что может наслать природа.. Производители в авиации и аэрокосмической отрасли,коммуникации,компьютеры и электроника,военный,производство и передача энергии,и другие критически важные отрасли могут использовать лабораторию для тестирования оборудования,системы управления,протоколы безопасности,и инновационные схемы молниезащиты.

Архитектурные проблемы

Многие критически важные здания — полиция и пожарные части.,например, иметь публичное лицо, требующее чуткости к архитектурной эстетике.. Проводящие кабели обычно можно прокладывать внутри здания или его стен.;открытые кабели можно выровнять по линиям здания, чтобы свести к минимуму любой неприглядный внешний вид.

Воздухораспределители, установленные на крыше здания, часто имеют высоту всего 10 дюймов.. высокий и от 3/8 до 5/8 дюйма. в диаметре. Обычно они оказывают незначительное влияние на внешний вид здания.. В ситуациях, когда внешний вид более критичен,Воздухораспределители могут быть заменены структурными элементами, которые представляют собой электрически непрерывный металл толщиной не менее 3/16 дюйма.

Эти «устройства для прекращения удара» оказались популярными при установке в качестве перил вокруг террас на крыше, где люди могут находиться в тесном контакте с LPS.. Помимо обеспечения большей архитектурной свободы,затыкающие устройства также отвечают функциональным требованиям. Например,стальной каркас на приподнятой вертолетной площадке может быть соединен с сетью крыши системы молниезащиты, чтобы избежать необходимости в выступающих воздухораспределителях.

LPS также может быть интегрирован в солнечные батареи на крыше и другие элементы экологичного дизайна.. В международном аэропорту О'Хара в Чикаго.,например,в здании, в котором размещалось оборудование связи и обработки данных Федерального авиационного управления (ФАУ), использовалась засыпанная землей зеленая крыша в соответствии с экологическими нормами аэропорта.. В связи с критическим характером услуг ФАУ,Рекомендации агентства по молниезащите превышают стандарты NFPA.

Сертификаты

СИЗ должны быть спроектированы и установлены специализированными фирмами, нанимающими специалистов, чья квалификация включает сертификат Института молниезащиты.. Владельцы критически важных сооружений также должны требовать сертификации третьей стороной со стороны Программа инспекций Института молниезащиты (LPI-IP) или программа UL Master Label.

Независимо от тщательности проектирования и установки LPS,Руководители предприятий должны быть внимательны ко всему, что может подорвать эффективность системы.. Например:

• undefined,undefined,undefined
• undefined,undefined,undefined,undefined
• undefined
• undefined

undefined. undefined,undefined. undefined,undefined,undefined,undefined,undefined,undefined

undefined

undefined. undefined,undefined

undefined. undefined,undefined,undefined

undefined. undefined,undefined,undefined. undefined

undefined. undefined,undefined. undefined. undefined

undefined,undefined

undefined,undefined,undefined. undefined;undefined. undefined,undefined

undefined,undefined. undefined,undefined,undefined. undefined,undefined

undefined. undefined,undefined