Семинар "Молниезащита предприятий углеводородного топлива", страница 1

— Теперь параметры молнии. Откройте РД 34 и вы не найдете там не только параметров молнии. Вы не найдете там даже слово «ток молнии». Все-таки главный действующий фактор молнии – это ее ток. Так вот, ни в каком виде ток молнии не фигурирует, ни в каких нормативных документах по молниезащите. Нет его и все – конец. О каких токах идет речь? Средний ток средней молнии – это примерно 30 кА. Если в этой аудитории есть специалисты электрики, то они знают, что это ток достаточно хорошего короткого замыкания на шинной подстанции – вот, что такое 30 кА. Предельный ток, эту цифру я назвать не могу. Хотя здесь написано ток 200 кА, но эта цифра вот какая. Это та цифра, которую комиссия СИГРЭ в 2013 году, обобщая результаты прямых регистраций тока молнии, посчитало достаточно надежным. 200 кА – это реальный ток. Большие токи все время появляются в литературе но, когда начинают проверять эти цифры, то находят, что получены они не прямыми методами, не осциллографическими и особой надежности к ним нет. Частота грозовой деятельности в России – это самый ненадежный параметр, который только у нас есть. Вы знаете, весь мир сегодня цивилизованный и технический мир живет, имея государственные системы регистрации параметров молнии в режиме онлайн с погрешностью примерно до 0,5 километра. Регистрируется каждый удар молнии и точно привязывается ко времени. К сожалению, такой системы в России до сих пор нет. Хотя она охватывает всю Европу, всю цивилизованную Азию, весь материк Северной Америки и Центральную Америку, часть Южной Америки, но не нас. Сегодня из-за определенных условий, которые сейчас произошли, вы знаете, связанные с деньгами. Внедрение этой системы в России застряло. И те данные, которые у нас сегодня есть – это данные, которые нам составили метеорологи по принципу такому – первый гром крестик в журнал, последний гром – второй крестик в журнал. И таким образом составляются фактические данные о грозовой деятельности на территории Российской Федерации. В лучшем случае, что мы можем иметь – это грубую карту интенсивности грозовой деятельности. По этой карте среднее число ударов молнии на территории России – это примерно 3 – 4 удара на квадратный километр. Относиться к этому надо с очень большой осторожностью, потому что локальных мест усиления грозовой активности по этой карте выяснить нельзя. И еще, что я должен сказать – те места, на которых находятся ваши объекты, те с которыми вы работаете, даже в Приполярье, тем не менее, обладают такой же грозовой активностью. Район полярного круга – там в некоторых местах грозовая деятельность все еще на уровне трех – четырех ударов молнии на километр квадратный. Температура канала молнии. Мне даже страшно произносить цифры – это примерно 30 000 градусов. Для сравнения: на поверхности солнца – 6000, дуга сварочного аппарата – это примерно тоже 6000, а у молнии – 30 000. Тем не менее, молния очень плохой поджигатель, и если бы не говорить о вашей профессии, о ваших объектах, то я бы вообще сказал, надо наплевать на поджигающую способность молнии. Реально она опасна только для объектов нефтяной и газовой отрасли там, где есть выбросы горючих газов в атмосферу. Там молния действительно может напакостить своей термической деятельностью. Все остальное – сборное железобетонное не горит, монолитный железобетон не горит, кирпич не горит. В общем, здесь особенно бояться молнии нечего. Ее динамических воздействий можно бояться только там, где это электродинамические воздействия. Там, где есть электрогидравлический эффект. В этом случае молния может напакостить хорошо. Например, если говорить о современных композитных материалах, которые обладают газогенерирующей способностью. Здесь их молния калечит очень интенсивно, но сделать что-нибудь с железобетонной конструкцией молнии абсолютно не под силу. И поэтому, откровенно говоря, я даже бы не стал говорить об ее поджигающих способностях, если бы не одно обстоятельство. Это обстоятельство, вот, какое. Молния многокомпонентна – это значит, что по одному и тому же каналу молнии с интервалами до 1/10 секунды может идти несколько электрических разрядов. В паузах между этими разрядами ток молнии становится очень маленьким, но это очень, но это с позиции молнии очень маленький, потому что в паузах между импульсным током течет ток где-нибудь на уровне сотни ампер. А что такое сотни ампер? Сотни ампер – это ток хорошего сварочного аппарата. Так вот что получается? Когда идет импульс тока большой и канал молнии очень сильно разогрет, то любое горючее вещество, конечно, загорится. Но дальше молния работает по следующему принципу: сама режет, сама давит, сама помощь подает. Помните у Твардовского? Так вот та сверхзвуковая ударная волна, которую рождает такой сильный ток молнии, сметает все продукты горения. И поэтому то, что поджигает канал во время мощного тока молнии, сметается, сметается настолько сильно, что в авиации придумали даже специальный термин. Они говорят: «Помпаж двигателя из-за удара молнии». Если такая ударная волна входит в воздухозаборник самолета, то она выносит все продукты горения и турбина просто встает у самолета. Продолжайте летать самолетами аэрофлота, потому что на современных самолетах двигатели стоят только на пилонах крыльев, молния туда никогда не попадает и речь о помпаже идет только для военных самолетах, у которых воздухозаборник впереди. Если молния что-то поджигает, то она поджигает это в межкомпонентную паузу, между двумя мощными импульсами тока. Этот ток в сотню кА – этот ток сварочного аппарата, он в состоянии что-то поджечь, но сегодня пожара от молнии, если опять не говорить о нефтяниках и газовщиках – это редкость. А что тогда сегодня представляет для молнии наибольшую опасность? Наибольшую опасность представляет этот параметр. Ток молнии дорастает до своего амплитудного значения с очень высокой скоростью. Эта скорость на уровне 1011 А/с. Я понимаю, для этой аудитории также, как для меня самого эта цифра ничего не значит. Что такое скорость 1011 А/с? Чем ее мерить в молниезащите? А мерить вот чем. У вас магнитное поле создает ЭДС магнитной индукции. И чем быстрее нарастает это поле, тем больше ЭДС магнитной индукции. И если вы возьмете такую скорость, о которой я сейчас говорю и возьмете расстояние от молниеотвода до объекта, которые прописаны в РД 34 или прописаны, например, в ПУЭ, расстояние в несколько метров и сделайте там контур размером примерно в 1 м². И в этом контуре наведется ЭДС, которая будет измеряться в вольтах величиной с четырьмя нулями. Речь пойдет о десятках киловольт и выше. И эта ЭДС сегодня представляет наибольшую опасность и с позиции пожароопасности во взрывоопасных помещениях, а самое главное с позиции воздействия на микропроцессорную технику, которая сегодня есть у всех и у каждого. Если говорить о двух последних авариях, которые были в девятом году, и о которых вы, наверное, знаете, это в «Транснефти» была авария, в «Конде» была авария, то когда горели резервуары, в одном случае два двадцатитысячных, в другом два пятитысячных резервуара, то не было ни команды предупреждения о пожаре, она не прошла на пункт и не было срабатывания системы автоматического пожаротушения, потому что вся автоматика сгорела еще до того из-за воздействия электромагнитного поля тока молнии. Поэтому этот параметр является параметром очень серьезным.

— Теперь вот что. А что же все-таки пошло в нормативы по молниезащите. Если вы откроете РД 34, то вы увидите, что там никаких параметров тока молнии нет, а в документе 2003-го года в СО-153 записаны предельные параметры тока молнии. Вы знаете, на мой взгляд, лучше бы они были не записаны. И я попытаюсь объяснить свою мысль. Во-первых, что, если вы занимаетесь всерьез молниезащитой, вы заказываете молниезащиту. Вот я ее вам заказываю, вы мне проектируете. Единственное, что меня всерьез интересует – это ни сколько ударов попадет в мой объект с вашей молниезащитой, меня даже не это интересует, а меня интересует вот что – сколько опасных воздействий будет на меня, на мое хозяйство, на мои деньги? Так вот поэтому мне важен не просто удар молнии, мне важно – этот удар принесет мне неприятности или он настолько слаб, что он ничего не принесет? То есть мне надо было бы знать какова вероятность надежной работы молниеотводов для молнии с конкретным током. Например, я рассчитал всю свою защитную аппаратуру на ток 50 кА. Мне важно знать какова вероятность того, что молния с током больше 50 кА прорвется к моему объекту, она более слабая молния, мне просто наплевать. Но если вы увидите правило построения зоны защиты в нормативных документах по молниезащите, то вы не увидите никакой связи размеров зон защиты с током, которые несут эти молнии. То есть никто не в состоянии сегодня дать нормативный документ, в котором бы размеры защищаемого пространства ставились в зависимости от силы молнии. Этого нет ни в одном документе. А для чего даются те самые предельные токи молнии, которые есть в нормативах? Они даются вот для чего. Эта часть заимствована из Стандарта Международной Электротехнической Комиссии, и она дает размеры величины токов для того, чтобы по ним считали индуцированные наводки и грозовые перенапряжения в электрических цепях и выбирали защитные элементы. Это дается только для этого, а защитное действие молниеотводов не один норматив сегодня не связывает с мощностью молнии, которую он на себя принимает. И это крупнейший недостаток и наших нормативных документов и стандартов МЭК, которые в этом отношении абсолютно ничем не лучше наших стандартов. Теперь, хорошо. А нормирование для расчета грозовых перенапряжений, оно правильное? На этот вопрос я даю категорический ответ – нет, неправильное. Почему? Смотрите, давайте посмотрим на вот какую очень простую вещь. От чего зависит величина перенапряжения? Она зависит от амплитуды тока, и она зависит от того, с какой скоростью этот ток нарастает. То есть она зависит от временных параметров импульса тока. Что у нас пронормировано в документе СО-153 2003-го года. У нас пронормировано два импульса. Первый импульс он якобы характеризует первый компонент тока молнии – это импульс 10 * 350 мкс по временным параметрам. Нет такого импульса в природе. Кто его выдумал не известно. Второй импульс – это 0,25 мкс/ 100 мкс и импульсом с фронтом 0,25 мкс действительно существует в природе, но сегодня до сих пор нет ни одной экспериментальной установки в мире, которая в состоянии была бы сделать такой импульс тока и вогнать его в объект сколько-нибудь типичных размеров, например, самолет или в нефтяную вышку. Невозможно это сделать, потому что сегодня не одна установка на такое не способна. И поэтому этот импульс остается просто умозрительно. Он бесполезен для испытателей и создателей молниезащитной аппаратуры. Невозможно это пока сделать. В этом отношении мы сделать ничего не можем.

— И эта реальность связана с тем, что одиночный молниеотвод вообще очень плохо работает. Посмотрите, я нарисовал картинку, которая рассматривает следующую ситуацию. Вот у вас есть повыше – молниеотвод, пониже – защищаемый объект. Это защищаемый объект, а это молниеотвод. А теперь Илья пророк посылает две молнии. Одну из точки А, а другую из точки Б. Вопрос к аудитории: эти молнии имеют равные шансы пробиться к защищаемому объекту или нет? Ответ очень простой. По соображениям здравого смысла эта траектория более удобна. И отсюда с этой стороны молния с большей вероятностью прорвется к объекту, чем из точки Б, когда на ее пути стоит молниеотвод. Получается, если у вас есть одиночный стержневой молниеотвод, который вы так уважаете, то защищает этот одиночный стержневой молниеотвод только с одной точки, с одних молний, не из-за своей спины, а спереди. Его защитное действие намного хуже. И для того, чтобы оно хоть в какой-то степени проявилось, молниеотвод приходится задирать. Эти 90-метровые молниеотводы, которые стоят спроектированные на Ямале, произошло именно из-за того, что защитного действия системы молниеотводов французы во внимание не приняли. И для того, чтобы вам показать насколько это серьезно, я привожу вот какой пример. Смотрите, я защищаю площадь на поверхности земли радиусом 100 метров, пусть это будут какие-нибудь невысокие объекты, например, пусть это будет резервуарный парк на этой площади установлен, потому что резервуары, как правило, очень большой высоты не бывают разве что только уж очень большие резервуары. И я хочу защитить все это дело одиночным стержневым молниеотводом, так как вам нравится. И я выбираю надежность защиты этого одиночного стержневого молниеотвода, я выбираю такой, чтобы была защита 0,99.

— Резервуарный парк, извините, никогда не защищается одиночным молниеотводом.

— Я знаю. Я знаю, что резервуары не будет никто защищать одиночным молниеотводом.

— Я знаю, но, например, завод на Ямале защищает одиночный молниеотвод?

— Французы может быть.

— Я понимаю, что французы, а Байконур, простите, Дальневосточный – это тоже французы? Откройте Интернет и прочитайте в Интернете хвалебные статьи про молниезащиту восточного космодрома. Там вы увидите пару молниеотводов каждый высотой по 150 метров. Так вот я беру 0,99, то есть из ста молний только одна должна прорваться и определяю высоту одиночного молниеотвода. И она у меня получается где-нибудь под 170 метров. Знаете, инженер, который башню высотой 170 метров назвал стержневым молниеотводом надо, наверное, увольнять без выходного пособия. Происходит это, я еще раз повторяю, по той самой причине, что защита идет только с одной стороны. И ясно совершенно, что тогда с другой стороны надо поставить второй молниеотвод, сделать пару молниеотводов хотя бы. Я делаю пару молниеотводов, и у меня эта высота сразу съезжает до ста метров. 100 метров – это тоже ого-го, но идея правильная. Что я сделал? Я защитил от молний справа, слева, но, если уж идти по этой логике, то надо бы защитить еще спереди и сзади, то есть взять защищаемую территорию в крест из молниеотводов. И если я это делаю, то у меня высота сразу падает до уровня 40 метров. 40-метровый молниеотвод – это уже молниеотводы, о которых можно разговаривать всерьез, но здесь у нас в Малоярославце есть завод газпромовский, который делает эти 40-метровые молниеотводы из металлопрофиля секциями по 4 метра.

— А нам по 75 метров делали.

— Да и очень хорошие молниеотводы, и очень легкие молниеотводы и очень крепкие молниеотводы и это можно сделать. То есть к чему я клоню? Я клоню к тому, что защита молниеотводами многократными всегда ведет к снижению этой высоты. А снижение высоты молниеотвода – это вовсе не только снижение цены, значительно важнее вот какое обстоятельство. Применяя молниеотвод небольшой высоты, я не стягиваю молнии на защищаемую территорию. А если я их не стягиваю, я не увеличиваю число опасных электромагнитных воздействий, потому что для молнии совершенно все равно, где течет ее ток – в канале или в молниеотводе. Электромагнитное воздействие от этого тока все равно будет тем же самым. И если я сделаю высокие молниеотводы на какой-то территории, это значит, что я притащу сюда большое число молний, и эти молнии все будут электромагнитно воздействовать на мой объект. Молниеотводы от этого воздействия не спасают. И поэтому чем ниже будут эти молниеотводы, тем лучше у меня будет электромагнитная обстановка и тем лучше будет работать вся микропроцессорная техника. Вот что сегодня главное, понимаете. Если с этих позиций говорить, то четыре молниеотвода, которые я вам сейчас рассказал – это совсем не идеал. Если у меня есть четыре опоры, я могу на этих четырех опорах по внешнему периметру натянуть трос и тогда, откуда бы не шла молния, она будет первоначально натыкаться на этот трос. И тросовая молниезащита, она здесь показана. В этом случае, если я делаю замкнутую тросовую молниезащиту вокруг объекта, а она прописана, откровенно говоря, в СО-153, то у вас высота молниеотвода в данном примере снижается до 25 метров. Это низкие молниеотводы и эти низкие молниеотводы – это очень благоприятная и очень важная вещь.

— Сегодня у нас есть опять, обращаюсь к ГосТехНадзору, ГосТехНадзор требует на крыше уложить сетку молниезащитную. И эту молниезащитную сетку все укладывают на кровлю офисных зданий, промышленных зданий. То есть, что делается? Крыша нашего российского здания и железобетонные плиты, правильно? И на эти железобетонные плиты по требованиям документа РД-34 укладывается молниезащитная сетка на изоляционное покрытие, если оно горючее и под изоляционное покрытие, если оно негорючее. То есть предполагается, что сетка, возвышающаяся над гидроизоляцией на 3 мм, потому что эту сетку делают, как правило, из полоски, из шинок 3-миллиметровой толщины, возвышаясь над этим горючим покрытием на 3 мм, перехватывает удары молнии, несмотря на то, что шаг этой сетки 6 х 6 – это вторая категория молниезащиты или 12 х 12, если это третья категория молниезащиты. То есть врать более бессовестным образом просто нельзя. Любой и каждый человек вам скажет, что эта сетка действовать не должна. Я хочу вам показать реальность вот какую. Здесь использовалась сетка 10 х 10 европейская сетка и делали мы работу эту для европейской фирмы, поэтому взяли сетку не 12 х 12, а 10 х 10. Это не имеет никакого значения.