Блискавкозахист та заземлення морського судна
Блискавка є електричним розрядом в атмосфері, що виникає в силу різниці потенціалів усередині грозової хмари або між хмарою і землею. Блискавку відносять до найбільш небезпечних природних явищ, прояви якого, у вигляді прямого потрапляння в об'єкт або електричної індукції, можуть призвести до виникнення вибухів, пожеж, ураження людей електричним струмом.
Місце удару передбачити неможливо. Враховуючи той факт, що струми блискавки завжди вибирають найкоротший шлях до землі з найменшим опором, то потенційними об'єктами попадання розряду будуть будівлі, що значно піднімаються, та їх елементи, що володіють гарною провідністю і мають зв'язок із землею.
Вторинне вплив блискавки полягає у здатності електромагнітного поля наводити в незамкнутих контурах і металевих конструкціях (електропроводці, трубопроводах та ін.) значний потенціал, наводячи збою в роботі внутрішніх систем та пошкодження різного роду електроустаткування.
Для запобігання небажаним наслідкам від впливу блискавки організовують комплекс заходів з блискавкозахисту.
Захист об'єкта від прямого попадання розряду блискавки виконують із застосуванням блискавковідводів - пристроїв, які приймають на себе удар блискавки і відводять струм безпечним для об'єкта, що захищається шляху в грунт. Блискавковідвід зазвичай складається з блискавкоприймача, струмовідводу та заземлювача. Залежно від типу конструкції блискавкоприймача, розрізняють стрижневі, тросові та сітчасті блискавковідводи. Для захисту від вторинних проявів блискавки, у вигляді електромагнітних імпульсів та створених ними перенапруг необхідно застосовувати запобіжники та обмежувачі перенапруг - УЗІП для захисту ланцюгів постійного та змінного струму, що дозволить захистити електроніку, датчикита прилади радіозв'язку. Також рекомендується з'єднувати паралельно прокладені кабелі та труби металевими перемичками та заземлювати оболонки кабелів та трубопроводів.
Ефективність заходів із блискавкозахисту об'єкта багато в чому залежить від якісно виконаної системи заземлення.
1. Особливості заземлення та блискавкозахисту морських суден
Як зазначалося, удар блискавки швидше за все припаде на піднесені об'єкти, у місцях розташування яких різко зростає напруженість електричного поля. Що стосується судна на воді, це означає, що розряд блискавки найімовірніше вдарить у його щоглу. Враховуючи хитавицю, в зоні ризику можуть опинитися й інші конструкції судна, що виступають, такі як фарби, ванти і штаги. Виконуючи заходи щодо блискавкозахисту морського судна, важливо враховувати ту особливість, що воно з усіх боків оточене водою і не має будівель, що піднімаються поблизу. Завдання полягає в перехопленні та відведенні струму блискавки по безпечному для об'єкта, що захищається шляху у воду. Інакше висока ймовірність виникнення різних пошкоджень судна – від іскріння кабелів до порушення цілісності днища.
Повністю запобігти поразці блискавкою судна, що знаходиться у відкритому морі в грозу, практично неможливо. Правильно організована система блискавкозахисту дозволить, якщо не виключити, значно зменшити можливе пошкодження судна та його обладнання при прямому попаданні розряду блискавки.
Однак у житті більшість пошкоджень на судні в грозу пов'язана з появою електричних перенапруг у його металевих елементах, внаслідок удару блискавки у воду неподалік. Під впливом електромагнітних імпульсів, що виникають, в даному випадку можливий вихід з ладу електроніки, поразка людей струмом, набагато рідше структурніушкодження на судні. Виконання захисних заходів від вторинних впливів розрядів блискавки забезпечує повноцінний грозозахист судна.
2.1. Правила щодо блискавкозахисту та заземлення морських суден
На суднах з неметалевим корпусом блискавкозахист забезпечується встановленням одиночних блискавковідводів на топі щоглів, заземлених через корпус судна. Суднові пристрої блискавкозахисту, за великим рахунком, не відрізняються від берегових і так само складаються з блискавкоприймача, струмоводу та заземлення.
Судно вважається захищеним від прямого удару блискавки, якщо зони захисту, що утворюються блискавкоприймачами, охоплюють усі відкриті простори на ньому. Імовірність попадання блискавки до конструктивних елементів судна в межах захисної зони практично дорівнює нулю. Зони захисту блискавкоприймачів повинні обов'язково покривати місця знаходження вибухонебезпечних сумішей, розміщення вибухо- та пожежонебезпечних вантажів, матеріалів, обладнання.
hх - висота зони, що захищається; h01 - розрахункова висота грот-щогли; hс - висота зони захисту в середині між щоглами; h02 - розрахункова висота вантажної напівщогли; h - відстань (висота) до точки найбільшого провисання троса; hоп - Висота опор; h3 - висота фок-щогли; L1, L2 - відстань між щоглами.
Допускається відсутність блискавкозахисних пристроїв для несамохідних суден, призначених для перевезення мінеральних вантажів, що експлуатуються без команди. Антени на судні встановлюють нижче відводів блискавки. Експлуатація їх як блискавкоприймачів забороняється.
Виконання грозозахисного заземлення є обов'язковим для всіх.ізольованих металоконструкцій, екранів електромереж та ліній зв'язку, трубопроводів та вузлів введення у вибухонебезпечні приміщення. Необхідно передбачити захист від корозії елементів блискавкозахисту судна та їх з'єднань.
2.2. Як захищають морські судна від блискавки
Кожна щогла, виконана з струмопровідного матеріалу (вугільна, дерев'яна) обладнується блискавкоприймачем у вигляді мідного або сталевого прута (діаметр 12 мм). Блискавник підлягає надійному заземленню. Установка інших пристроїв не допускається.
Струмовідвід (відвідний провід) прокладають від блискавкоприймача із зовнішнього боку щогли або надбудови судна, якнайдалі від вибухонебезпечних місць, для чого використовують прут перетином 70 мм2 і більше - для мідного і 100 мм2 і більше - для сталевого проводу. Вкрай важливо виконати струмовідведення прямолінійно, забезпечивши найменшу кількість вигинів.
Судна з неметалевим корпусом обладнають окремим струмовідводом, що не має з'єднання з шинами захисного та робочого заземлення.
Незаземлені провідні частини, розташовані на відстані 200 мм від струмовідводів, підлягають з'єднанню з ними, щоб уникнути накопичення статичного потенціалу.
Блискавковідведення та металевий корпус судна, що знаходиться в доці, підключають до берегового заземлюючого пристрою.
2.3. Як організовано заземлення на морських судах
При попаданні розряду блискавки в щоглу, струм буде прагнути стекти у воду через корпус судна. На суднах із металевим корпусом організаціязаземлення не потрібне. Корпус сталевих та алюмінієвих яхт виконує роль «щита Фарадея», захищаючи екіпаж судна від впливу електричного поля.
Усі можливі об'єкти удару блискавки на дерев'яних та пластикових яхтах підлягають обов'язковому заземленню. Заземлювач виготовляють із листа міді або латуні завтовшки не менше 2 мм. Чим більше площа заземлення, тим краще забезпечуваний ним захист. Мінімально допустима площа заземлювального пристрою для судна 0,5 кв. м.
Заземлювач судна занурюють у введення. При цьому необхідно передбачити, щоб у разі осідання та найбільшого допустимого крену судна він завжди мав безпосередній контакт з водою.
Металевий кіль, що безпосередньо контактує з водою, і не ізольований від неї щільними шарами фарби або склопластиком, вважається найкращим заземлювачем. На нього виводять усі кабелі заземлення.
На суднах з композитним корпусом як заземлювач використовують металевий форштевень або інші металоконструкції, пофарбовані композицією струмопровідної, занурюючи їх у воду.
Для зрівнювання електричних потенціалів металевих частин: релінгів, балерів, вантів, штаг, щогл, та ін, - їх з'єднують кабелем у єдиний контур, який потім підлягає заземленню. Захист бортової електроніки від впливу статичної електрики виконується таким самим способом.
Застосування антистатичних присадок до пластмас дозволяє усунути статичну електризацію діелектриків, збільшивши їх поверхневу провідність. Заземлення суднового обладнання, а саме металевих оболонок та екранів кабелів низької частоти, виконують з використанням струмопровідного лакофарбового матеріалу, що утворює на поверхні пофарбованого виробу ділянку низького об'ємного опору, що уможливлює приєднання йогодо системи заземлення.
3. Висновок
Виключити можливість попадання блискавки в судно, що знаходиться в морі і не має поблизу інших будівель, практично неможливо. У випадках, коли власні елементи конструкції судна не забезпечують його блискавкозахист, потрібне встановлення блискавковідводів для кожної щогли, з обов'язковим заземленням всіх потенційних об'єктів удару блискавкою. Велику небезпеку становить не тільки прямий удар блискавки, але й вплив електромагнітних імпульсів на контури суден, що мають на борту легкозаймисті та вибухонебезпечні вантажі. Нагрів та можливе іскріння незаземленого контуру, в даному випадку, спричинить пожежу.
Незважаючи на те, що удар блискавки може призвести до серйозних наслідків, продуманий та якісно виконаний захист від її первинних та вторинних проявів зробить безпечним будь-яке дальнє плавання.
Обов'язкове заземлення підлягають усі ємності, призначені для зберігання та перевезення вогненебезпечних вантажів. Обладнання для прийому та зливу вогненебезпечних рідин, а саме шланги та трубопроводи, підключають до розташованих уздовж спеціальних шин, надійно з'єднаних між собою та з корпусом судна. Трубопроводи та нафтопроводи, що знаходяться на відкритих ділянках і проходять через вибухонебезпечні приміщення, заземлюють через кожні 10 м за їх довжиною на корпус судна. Заземлення трубопроводів верхньої палуби, через можливе скупчення там вибухонебезпечних газів, виконують через кожні 30 м.