Атмосферные опасности

Федеральное агентство по образованию  Российской Федерации

Дальневосточный государственный  технический университет

(ДВПИ имени В.В. Куйбышева)

Институт экономики и управления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доклад

по дисциплине: «БЖД»

 

на тему «Атмосферные опасности»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 Студент группы У-2612

 

 

 

 

Владивосток 2005

 

1. Явления, происходящие в атмосфере.

 

Газовая среда  вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею, называется атмосферой.

Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и др. газы. В нижних 20 км содержится водяной пар (3% в тропиках, 2 х 10-⁵% в Антарктиде). На высоте 20-25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км молекулы газов разлагаются на атомы и ионы, образуя ионосферу.

В зависимости  от распределения температуры атмосферу подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу.

Неравномерность нагревания  способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Сила ветра у земной поверхности оценивается по шкале Бофорта.

Атмосферное давление распределяется неравномерно, что приводит к движению воздуха относительно Земли от высокого давления к низкому. Это движение называется ветром. Область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре называется циклоном.

Циклон в  поперечнике достигает нескольких тысяч километров. В Северном полушарии  ветры в циклоне дуют против часовой стрелки, а в Южном — по часовой. Погода при циклоне преобладает пасмурная, с сильными ветрами.

Антициклон  — это область повышенного  давления в атмосфере с максимумом в центре. Поперечник антициклона составляет несколько тысяч километров. Антициклон характеризуется системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против — в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.

В атмосфере  имеют место следующие электрические  явления: ионизация воздуха, электрическое поле атмосферы, электрические заряды облаков, токи и разряды.

В результате естественных процессов, происходящих в атмосфере, на Земле наблюдаются  явления, которые представляют непосредственную опасность или затрудняют функционирование систем человека. К таким атмосферным опасностям относятся туманы, гололёд, молнии, ураганы, бури, смерчи, град, метели, торнадо, ливни и др.

Гололёд — слой плотного льда, образующийся на поверхности земли и на предметах (проводах, конструкциях) при замерзании на них переохлажденных капель тумана или дождя.

Обычно гололёд наблюдается при температурах воздуха от 0 до -3°С, но иногда и более низких. Корка намерзшего льда может достигать толщины нескольких сантиметров. Под действием веса льда могут разрушаться конструкции, обламываться сучья. Гололёд повышает опасность для движения транспорта и людей.

Туман — скопление мелких водяных капель или ледяных кристаллов, или тех и других в приземном слое атмосферы (иногда до высоты в несколько сотен метров), понижающее горизонтальную видимость до 1 км и менее.

В очень плотных  туманах видимость может понижаться до нескольких метров. Туманы образуются в результате конденсации или сублимации водяного пара на аэрозольных (жидких или твердых) частицах, содержащихся в воздухе (т. н. ядрах конденсации). Большинство капель тумана имеет радиус 5-15 мкм при положительной температуре воздуха и 2-5 мкм при отрицательной температуре. Количество капель в 1 см³ воздуха колеблется от 50—100 в слабых туманах и до 500—600 в плотных. Туманы по их физическому генезису подразделяются на туманы охлаждения и туманы испарения.

По синоптическим  условиям образования различают  туманы внутримассовые, формирующиеся  в однородных воздушных массах, и  туманы фронтальные, появление которых  связано с фронтами атмосферными. Преобладают туманы внутримассовые.

В большинстве  случаев это туманы охлаждения, причем их делят на радиационные и адвективные. Радиационные туманы образуются над сушей при понижении температуры вследствие радиационного охлаждения земной поверхности, а от нее и воздуха. Наиболее часто они образуются в антициклонах. Адвективные туманы образуются вследствие охлаждения теплого влажного воздуха при его движении над более холодной поверхностью суши или воды. Адвективные туманы развиваются как над сушей, так и над морем, чаще всего в теплых секторах циклонов. Адвективные туманы устойчивее, чем радиационные.

Фронтальные туманы образуются вблизи атмосферных фронтов и перемещаются вместе с ними. Туманы препятствуют нормальной работе всех видов транспорта. Прогноз туманов имеет важное значение в безопасности.

Град — вид атмосферных осадков, состоящих из сферических частиц или кусочков льда (градин) размером от 5 до 55 мм, встречаются градины размером 130 мм и массой около 1 кг. Плотность градин 0,5-0,9 г/см³. В 1 мин на 1 м² падает 500-1000 градин. Продолжительность выпадения града обычно 5-10 мин, очень редко— до 1 ч.

Разработаны радиологические методы определения  градоносности и градоопасности облаков и созданы оперативные службы борьбы с градом. Борьба с градом основана на принципе введения с помощью ракет или . снарядов в облако реагента (обычно йодистого свинца или йодистого серебра), способствующего замораживанию переохлажденных капель. В результате появляется огромное количество искусственных центров кристаллизации. Поэтому градины получаются меньших размеров и они успевают растаять еще до падения на землю.

 

2. Молнии

 

Молния — это гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом.

Гром — звук в атмосфере, сопровождающий разряд молнии. Вызывается колебаниями воздуха под влиянием мгновенного повышения давления на пути молнии.

Наиболее  часто молнии возникают в кучево-дождевых облаках. В раскрытие природы  молнии внесли вклад американский физик Б. Франклин (1706-1790), русские ученые М. В. Ломоносов (1711-1765) и Г. Рихман(1711-1753), погибший от удара молнии при исследованиях атмосферного электричества.

Молнии делятся  на внутриоблачные, т. е. проходящие в самих грозовых облаках, и наземные, т. е. ударяющие в землю. Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий.

На первой стадии в зоне, где электрическое  поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая  вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизируют их. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, соединяясь, дают начало яркому термоионизированному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру. Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью 5 х 10⁷ м/с, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мксек, а свечение сильно ослабевает. В последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров, яркое свечение при этом охватывает все пройденные ступени. Затем снова следует остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2 х 10⁵ м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. На этом явлении основано создание молниеотвода. В заключительной стадии по ионизированному лидером каналу следует обратный, или главный разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, сильной яркостью и большой скоростью продвижения  1О⁷..1О⁸ м/с. Температура канала при главном разряде может превышать 25000°С, длина канала молнии 1-10 км, диаметр — несколько сантиметров. Такие молнии называются затяжными. Они наиболее часто бывают причиной пожаров. Обычно молния состоит из нескольких повторных разрядов, общая длительность которых может превышать 1с. Внутриоблачные молнии включают в себя только лидерные стадии, их длина от 1 до 150 км. Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы. Эти обстоятельства учитываются при устройстве молниеотвода. В отличие от опасных молний, называемых линейными, существуют шаровые молнии, которые нередко образуются вслед за ударом линейной молнии. Молнии, как линейная, так и шаровая, могут быть причиной тяжелых травм и гибели людей. Удары молний могут сопровождаться разрушениями, вызванными её термическими и электродинамическими воздействиями. Наибольшие разрушения вызывают удары молний в наземные объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара и землей. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которых создается очень высокая температура, и часть материала испаряется со взрывом и последующим воспламенением. Наряду с этим возможно возникновение больших разностей потенциалов между отдельными предметами внутри строения, что может быть причиной поражения людей электрическим током. Весьма опасны прямые удары молний в воздушные линии связи с деревянными опорами, так как при этом могут возникать разряды с проводов и аппаратуры (телефон, выключатели) на землю и другие предметы, что может привести к пожарам и поражению людей электрическим током. Прямые удары молнии в высоковольтные линии электропроводов могут быть причиной коротких замыканий. Опасно попадание молнии в самолёты. При ударе молнии в дерево могут быть поражены находящиеся вблизи него люди.

 

 

3. Защита от молний.

Разряды атмосферного электричества способны вызвать взрывы, пожары и разрушения зданий и сооружений, что привело к необходимости разработки специальной системы молниезащиты.

Молниезащита  — комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от разрядов молнии.

Молния способна воздействовать на здания и сооружения прямыми ударами (первичное воздействие), которые вызывают непосредственное повреждение и разрушение, и вторичными воздействиями — посредством явлений электростатической и электромагнитной индукции. Высокий потенциал, создаваемый разрядами молнии, может заноситься в здания также по воздушным линиям и различным коммуникациям. Канал главного разряда молнии имеет температуру 20 000°С и выше, вызывающую пожары и взрывы в зданиях и сооружениях.

Здания и  сооружения подлежат молниезащите в  соответствии с СН 305-77. Выбор защиты зависит от назначения здания или сооружения, интенсивности грозовой деятельности в рассматриваемом районе и ожидаемого числа поражений объекта молнией в год.

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним числом грозовых часов в году п_ч или числом грозовых дней в году п_д. Определяют ее с помощью соответствующей карты, приведенной в СН 305-77, для конкретного района.

Применяют и  более обобщенный показатель — среднее число ударов молнии в год (п) на 1 км² поверхности земли, который зависит от интенсивности грозовой деятельности.

Таблица 19

Интенсивность грозовой деятельности

 

Интенсивность грозовой деятельности, ч/год	10-20	20-40	40-60	60-80	80 и более
п	1	3	6	9	12

 

Ожидаемое число поражений молнией в  год зданий и сооружений N, не оборудованных молниезащитой, определяется по формуле:

N = (S + 6h_x) (L + 6h_x) n • 10"⁶,

где S и L — соответственно ширина и длина защищаемого здания (сооружения), имеющего в плане прямоугольную форму, м; для зданий сложной конфигурации при расчете N в качестве S и L принимают ширину и длину наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание в плане; h_x — наибольшая высота здания (сооружения), м; п. — среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности в месте расположения здания. Для дымовых труб, водонапорных башен, мачт, деревьев ожидаемое число ударов молнии в год определяют по формуле:

 

В незащищенную от молнии линию электропередачи  протяженностью L км со средней высотой подвеса проводов h_cp число ударов молнии за год составит при допущении, что опасная зона распространяется от оси линии в обе стороны на 3 h_cp,

N = 0,42 х К)"³ xLhcpnч

В зависимости  от вероятности вызванного молнией  пожара или взрыва, исходя из масштабов  возможных разрушений или ущерба, нормами установлены три категории устройства молниезащиты.

В зданиях  и сооружениях, отнесенных к I категории молниезащиты, длительное время сохраняются и систематически возникают взрывоопасные смеси газов, паров и пыли, перерабатываются или хранятся взрывчатые вещества. Взрывы в таких зданиях, как правило, сопровождаются значительными разрушениями и человеческими жертвами.

В зданиях  и сооружениях II категории молниезащиты названные взрывоопасные смеси могут возникнуть только в момент производственной аварии или неисправности технологического оборудования, взрывчатые вещества хранятся в надежной упаковке. Попадание молнии в такие здания, как правило, сопровождается значительно меньшими разрушениями и жертвами.

В зданиях  и сооружениях III категории от прямого удара молнии может возникнуть пожар, механические разрушения и поражения людей. К этой категории относятся общественные здания, дымовые трубы, водонапорные башни и др.

Здания и  сооружения, относимые по устройству молниезащиты к I категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электромагнитной индукции и заноса высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации по всей территории России.

Здания и  сооружения II категории молниезащиты должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее воздействий и заноса высоких потенциалов по коммуникациям только в местностях со средней интенсивностью грозовой деятельности л_ч = 10.

Здания и  сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации, в местностях с грозовой деятельностью 20 ч и, более в год.

Здания защищаются от прямых ударов молнии молниеотводами. Зоной защиты молниеотвода называют часть пространства, примыкающую к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты А обладает степенью надежности 99,5% и выше, а зона защиты Б — 95% и выше.

Молниеотводы состоят из молниеприемников (воспринимающих на себя разряд молнии), заземлителей, служащих для отвода тока молнии в землю, и токоотводов, соединяющих молниеприемники с заземлителями.