Э. Базелян
Почему нужно защищать от молнии дымовую трубу? Наверное потому, что она очень высокая? А правда, почему? В стандарте МЭК 62305 и в отечественном документе по молниезащите СО-153-34.21.122-2003 о дымовых трубах даже не упоминается. В более древней Инструкции по молниезащите РД 34.21.122-87 отношение к дымовым трубам более внимательное. Во-первых, их рассматривают как естественные молниеотводы и рекомендуют для защиты соседних зданий и сооружений меньшей высоты, а во-вторых, при высоте более 15 м такие трубы предписывается защищать от прямых ударов молнии независимо от материала, из которого они изготовлены (см. таблица 1). Правда потом в п. 2.31 Инструкции все-таки оговаривается, что защищать надо только неметаллические трубы, в том числе и железобетонные. Для этой цели рекомендуется установка одного, двух или трех стержневых молниеприемников при высоте труб до 50 м, до 150 м или более 150 м соответственно. Высота этих молниеприемников должна быть не менее 1 м. Однако, для труб выше 150 м требования к высоте стержней, по непонятной причине, снижаются. Здесь стержневые молниеприемники могут иметь высоту даже в 20 см. Годится и плоское кольцо, уложенное по внешнему периметру верхнего торца трубы.
Как относиться ко всей этой путанице, непонятно. Предписания полностью противоречат нормативным требованиям того же документа к выбору молниеотводов. По предписываемой методике они должны обязательно превышать защищаемый объект по крайней мере на 8%. Для трубы высотой 150 м речь, таким образом, должна идти о стержневых молниеприемниках высотой никак не меньше 12 м. Очевидно, что нормативные требования к защите дымовых труб не выдерживают даже самой элементарной критики. Начинать приходится с самого начала.
Зачем защищать дымовые трубы? Ответ “…потому что они высокие” вполне заслуживает внимания. Высокое сооружение притягивает к себе молнии с достаточно большой площади. Ее радиус Rat ≈ 3h. При высоте h = 100 м (вполне умеренная высота для трубы промышленной котельной) в средней полосе России труба примет на себя примерно 1 удар молнии в год и таким образом станет источником достаточно частых и опасных электромагнитных наводок в своей ближайшей окрестности. Поэтому трубу надо бы не защищать, а убирать, так как установленный на трубе молниеприемник никак не ослабит электромагнитного поля от тока молнии, а стало быть и не спасет от электромагнитных наводок.
Трудно надеяться, что котельную оставят без дымовой трубы. Тогда приходится надеяться только на установку DAS. Облако объемного заряда над этой системой сделает трубу как бы невидимой для молнии. Она перестанет “различать” и саму трубу, и металлоконструкции DAS над ней. В итоге частые электромагнитные наводки прекратятся. Правда, при таком исполнении труба уже не сможет выполнять функцию естественного молниеотвода. Ведь с установленным DAS она перестанет притягивать к себе нисходящие молнии. Проектировщик будет вынужден решать, что важнее для проектируемых объектов, использование дымовой трубы в качестве естественного молниеотвода или сокращение числа опасных электромагнитных наводок в цепях соседних сооружений. Двух зайцев одним выстрелом здесь не добудешь.
Существует проблема и с материалом DAS. Дымовые газы часто содержат химические активные компоненты, в первую очередь серу. Вместе с парами воды при конденсации выбросы производят серную кислоту. В атмосфере кислотного дождя будут работать тонкие коронирующие иглы DAS. Их материал должен быть особо устойчивым к коррозии.
Большинство труб современного исполнения выполнено из железобетона. Его состояние принципиально отличается от пропитанного влагой железобетона фундамента здания. Сухой бетон дымовой трубы снаружи непроводящий, а внутри ток молнии может транспортироваться по слою сажи. В таких условиях последствия прямого удара молнии в трубу трудно предсказать однозначно.
На рисунке труба Экибазтузской ГРЭС высотой 420 м. Легко оценить, что диаметр ее торца вряд ли заметно меньше 10 м. А теперь представьте себе 3 стерженька высотой по 20 см, которыми по мнению составителей Инструкции РД-34.21.122-87 должны защитить трубу от прямых ударов молнии. или кольцо, проложенное по ее внешнему периметру. Кроме скептической улыбки такие технические решения не могут вызвать иной, более положительной реакции. Ясно, что при подобной молниезащите за годы эксплуатации высокие дымовые трубы приняли на себя далеко не один прямой удар молнии. Слой сухого бетона при этом должен быть пробит вплоть до ближайшей металлической арматуры. По ней ток молнии направится к фундаменту трубы, исполняющему функцию ее заземляющего устройства. Трудно предполагать возможность сколько-нибудь значительного повреждения на поверхностном слое бетона. Такие разрушения обычно свойственны композитным или полимерным материалам с большой газогенерирующей способностью Возникающий при этом электрогидравлический удар подобен взрыву. Воздействие такого рода не пропитанному влагой бетону не грозит. Скорее всего повреждение в месте удара молнии окажется незначительным. Во всяком случае, оно не повлияет на механическую прочность трубы.
Возможет и иной ход событий. Внутренняя поверхность трубы покрыта слоем сажи. Фактически это почти чистый углерод с достаточно высокой проводимостью. Если труба не прикрыта металлическим колпаком (дымовым зонтом, флюгаркой), молния вполне может ударить во внутреннюю поверхность трубы. В определенной степени этому будет способствовать пониженная плотность горячих дымовых газов. Их температура превышает температуру окружающего воздуха по крайней мере на 1000, от чего плотность снизится примерно на 30%. Это достаточно заметное снижение. Из-за него электрическая прочность упадет примерно в такой же степени, провоцируя молнию “заглянуть” внутрь трубы. Опыт эксплуатации подтверждает возможность такой ситуации. Наблюдались даже повреждения внутренней поверхности трубы.
Смотрите также:
УЗИП и его плавкая вставка
Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты
Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G
Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"