Молниезащита и заземление морского судна

Введение

Молния представляет собой электрический разряд в атмосфере, возникающий в силу разности потенциалов внутри грозового облака или между облаком и землей. Молнию относят к числу наиболее опасных природных явлений, проявления которого, в виде прямого попадания в объект или электрической индукции, могут привести к возникновению взрывов, пожаров, поражению людей электрическим током.

Место удара предсказать невозможно. Учитывая тот факт, что токи молнии всегда выбирают кратчайший путь к земле с наименьшим сопротивлением, то потенциальными объектами попадания разряда будут значительно возвышающиеся строения и их элементы, обладающие хорошей проводимостью и имеющие связь с землёй.

Вторичное воздействие молнии заключается в способности электромагнитного поля наводить в незамкнутых контурах и металлических конструкциях (электропроводке, трубопроводах и пр.) значительный потенциал, приводя сбою в работе внутренних систем и повреждению различного рода электрооборудования.

Для предотвращения нежелательных последствий от воздействия молнии, организуют комплекс мероприятий по молниезащите.

Защиту объекта от прямого попадания разряда молнии выполняют с применением молниеотводов - устройств, которые принимают на себя удар молнии и отводят ток по безопасному для защищаемого объекта пути в грунт. Молниеотвод обычно состоит из молниеприёмника, токоотвода и заземлителя. В зависимости от типа конструкции молниеприёмника, различают стержневые, тросовые и сетчатые молниеотводы. Для защиты от вторичных проявлений молнии, в виде электромагнитных импульсов и созданных ими перенапряжений необходимо применять предохранители и ограничители перенапряжений - УЗИП для защиты цепей постоянного и переменного тока, что позволит защитить электронику, датчики и приборы радиосвязи. Также рекомендуется соединять параллельно проложенные кабели и трубы металлическими перемычками и заземлять оболочки кабелей и трубопроводов.

Эффективность мероприятий по молниезащите объекта во многом зависит от качественно выполненной системы заземления.

1. Особенности заземления и молниезащиты морских судов

Как уже отмечалось, удар молнии скорее всего придётся на возвышенные объекты, в местах расположения которых резко возрастает напряжённость электрического поля. Применительно к судну на воде, это означает, что разряд молнии вероятнее всего ударит в его мачту. Учитывая качку, в зоне риска могут оказаться и другие выступающие конструкции судна, такие как краспицы, ванты и штаги. Выполняя мероприятия по молниезащите морского судна, важно учитывать ту особенность, что оно со всех сторон окружено водой и не имеет возвышающихся поблизости строений. Задача состоит в перехвате и отведении тока молнии по безопасному для защищаемого объекта пути в воду. В противном случае, высока вероятность возникновения различных повреждений судна – от искрения кабелей до нарушения целостности днища.

Полностью предупредить поражение молнией судна, находящегося в открытом море в грозу, практически невозможно. Правильно организованная система молниезащиты позволит, если не исключить, то значительно уменьшить возможное повреждение судна и его оборудования при прямом попадании разряда молнии.

Однако в жизни, большинство повреждений на судне в грозу, связано с появлением электрических перенапряжений в его металлических элементах, в результате удара молнии в воду неподалёку. Под воздействием возникающих, в данном случае, электромагнитных импульсов возможен выход из строя электроники, поражение людей током, гораздо реже структурные повреждения на судне. Выполнение защитных мероприятий от вторичных воздействий разрядов молнии, обеспечивает полноценную грозозащиту судна.

2. Решения

2.1. Правила по молниезащите и заземлению морских судов

При надёжном металлическом контакте мачты с корпусом судна, изготовленного из металла, установка дополнительного молниеулавливающего оборудования не требуется. В качестве молниеприёмника (молниеуловителя), в данном случае, могут выступать собственные конструкции судна, направленные вверх: металлические мачты, элементы надстройки и прочее (согласно "Правилам Российского речного регистра (с изменениями на 29 июня 2015 года)". Дополнительные молниеуловители должны применяться только в тех случаях, когда собственные элементы конструкции не обеспечивают молниезащиты.

На суднах с неметаллическим корпусом молниезащита обеспечивается установкой одиночных молниеотводов на топе мачт, заземленных через корпус судна. Судовые устройства молниезащиты, по большому счёту, не отличаются от береговых и так же состоят из молниеприёмника, токоовода и заземления.

Судно считается защищенным от прямого удара молнии, если зоны защиты, образуемые молниеприёмниками, охватывают все открытые пространства на нём. Вероятность попадания молнии в конструктивные элементы судна в пределах защитной зоны практически равна нулю. Зоны защиты молниеприёмников должны обязательно покрывать места нахождения взрывоопасных смесей, размещения взрыво- и пожароопасных грузов, материалов, оборудования.

Рисунок 1. Расположение зон молниезащиты на судне: 1 — защищаемая зона; 2 — зона защиты собственными элементами конструкции судна; 3 — зона пересечения зон защиты 2 и 4; 4 — зона защиты тросовым молниеотводом

hх — высота защищаемой зоны; h01 — расчётная высота грот-мачты; hс — высота зоны защиты в середине между мачтами; h02 — расчётная высота грузовой полумачты; h — расстояние (высота) до точки наибольшего провисания троса; hоп — высота опор; h3 - высота фок-мачты; L1, L2 — расстояние между мачтами.

Допускается отсутствие молниезащитных устройств для несамоходных судов, предназначенных для перевозки минеральных грузов, эксплуатируемых без команды. Антенны на судне устанавливают ниже молниеотводов. Эксплуатация их в качестве молниеприёмников запрещается.

Соединения элементов системы молниезащиты судна выполняют сваркой или болтовыми зажимами, с обеспечением требуемой площади контактов не менее 1000 мм², и располагают в местах наименьшего механического воздействия, доступных для осмотра.Требуемое значение переходного сопротивления между корпусом судна и молниеотводом - не более 0,03 Ом (согласно "Правилам Российского речного регистра (с изменениями на 29 июня 2015 года)".

Выполнение грозозащитного заземления обязательно для всех изолированных металлоконструкций, экранов электросетей и линий связи, трубопроводов и узлов ввода во взрывоопасные помещения. Необходимо предусмотреть защиту от коррозии элементов молниезащиты судна и их соединений.

2.2. Как защищают морские суда от молнии

Каждая мачта, выполненная из токонепроводящего материала (угольная, деревянная) оборудуется молниеприёмником в виде медного или стального прута (диаметр 12 мм). Молниеуловитель подлежит надёжному заземлению. Установка на нём прочих устройств не допускается.

Рисунок 2. Молниеотвод на судах с неметаллическим корпусом: 1 - мониеприёмник; 2 - токоотвод; 3 - заземлитель; 4 - корпус суднана; 2 — зона защиты собственными элементами конструкции судна; 3 — зона пересечения зон защиты 2 и 4; 4 — зона защиты тросовым молниеотводом

Токоотвод (отводящий провод) прокладывают от молниеприёмника с наружной стороны мачты или надстройки судна, как можно дальше от взрывоопасных мест, для чего используют прут сечением 70 мм² и более - для медного и 100 мм² и более – для стального провода. Крайне важно выполнить токоотвод прямолинейно, обеспечив наименьшее количество изгибов.

Судна с неметаллическим корпусом оборудуют отдельным токоотводом, не имеющим соединение с шинами защитного и рабочего заземления.

Незаземлённые проводящие части, расположенные на расстоянии 200 мм от токоотводов, подлежат соединению с ними, для исключения накапливания статического потенциала.

Молниеотвод и металлический корпус судна, находящегося в доке, подключают к береговому заземляющему устройству.

2.3. Как организовано заземление на морских судах

При попадании разряда молнии в мачту, ток будет стремиться стечь в воду через корпус судна. На суднах с металлическим корпусом организация заземления не требуется. Корпус стальных и алюминиевых яхт выполняет роль «щита Фарадея», защищая экипаж судна от воздействия электрического поля.

Все возможные объекты удара молнии на деревянных и пластиковых яхтах подлежат обязательному заземлению. Заземлитель изготавливают из листа меди или латуни толщиной не менее 2 мм. Чем больше площадь заземления, тем лучше обеспечиваемая им защита. Минимально допустимая площадь заземляющего устройства для судна 0,5 кв. м.

Заземлитель судна погружают в вводу. При этом, необходимо предусмотреть, чтобы в случае осадки и наибольшем допустимом крене судна, он всегда имел непосредственный контакт с водой.

Металлический киль, напрямую контактирующий с водой, и не изолированный от неё плотными слоями краски или стеклопластиком, считается лучшим заземлителем. На него выводят все кабели заземления.

На суднах с композитным корпусом в качестве заземлителя используют металлический форштевень или другие металлоконструкции, окрашенные токопроводящей композицией, погружая их в воду.

Для уравнивания электрических потенциалов металлических частей: релингов, баллеров, вантов, штаг, мачт, и др., - их соединяют кабелем в единый контур, который затем подлежит заземлению. Защита бортовой электроники от влияния статического электричества выполняется таким же способом.

Применение антистатических присадок к пластмассам позволяет устранить статическую электризацию диэлектриков, увеличив их поверхностную проводимость. Заземление судового оборудования, а именно металлических оболочек и экранов кабелей низкой частоты, выполняют с использованием токопроводящего лакокрасочного материала, образующего на поверхности окрашенного изделия участок низкого объёмного сопротивления, что делает возможным присоединение его к системе заземления.

3. Заключение

Исключить возможность попадания молнии в судно, находящееся в море и не имеющее поблизости других возвышающихся строений, практически невозможно. В случаях, когда собственные элементы конструкции судна не обеспечивают его молниезащиту, требуется установка молниеотводов для каждой из мачт, с обязательным заземлением всех потенциальных объектов удара молнией. Большую опасность представляет не только прямой удар молнии, но и воздействие электромагнитных импульсов на контуры судов, имеющих на борту легковоспламеняющиеся и взрывоопасные грузы. Нагрев и возможное искрение незаземленного контура, в данном случае, станет причиной пожара.

Несмотря на то, что удар молнии может привести к серьёзным последствиям, продуманная и качественно выполненная защита от её первичных и вторичных проявлений сделает безопасным любое дальнее плавание.

Обязательному заземлению подлежат все ёмкости, предназначенные для хранения и перевозки огнеопасных грузов. Оборудование для приёма и слива огнеопасных жидкостей, а именно шланги и трубопроводы, подключают к расположенным вдоль специальным шинам, надёжно соединенным между собой и с корпусом судна. Трубопроводы и нефтепроводы, находящиеся на открытых участках и проходящие через взрывоопасные помещения, заземляют через каждые 10 м по их длине на корпус судна. Заземление трубопроводов верхней палубы, по причине возможного скопления там взрывоопасных газов, выполняют через каждые 30 м.

Требуется консультация по организации заземления и молниезащиты для вашего объекта? Обратитесь в Технический центр ZANDZ.com!