Расчет молниезащиты зданий и сооружений

Молниезащита зданий и сооружений Учебно-методическое пособие

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра прикладной химии и физики

Молниезащита зданий и сооружений

Учебно-методическое пособие

Уфа – 2010

Рассматривается методика и техника расчета молниезащиты гражданских и промышленных объектов.

Пособие предназначено для проведения практического занятия либо самостоятельного выполнения расчетно-графической работы (РГР) по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» студентами всех форм обучения. Может быть использовано в дипломном проектировании при решении аналогичных задач.

Составитель , доц., канд. техн. наук

Рецензент , доц., канд. техн. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2010

Согласно действующим нормативным документам выбор конструкции и расчет параметров молниезащиты должен производиться на основе данных о защищаемом объекте (назначения, наличия взрыво — и пожароопасных зон, огнестойкости и др.) и ожидаемом количестве поражений молнией в год. Последнее определяется исходя из сведений об интенсивности грозовой деятельности и геометрических размеров защищаемого объекта.

1 Характеристика интенсивности грозовой деятельности и молниепоражаемости объекта

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним числом грозовых часов (Пч) в году, определяемым по карте (рисунок 1).

Расчет ожидаемого количества N поражений молнией в год незащищенного объекта производится по формулам:

— для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

N = 9πh2n · 10-6;

— для зданий и сооружений прямоугольной формы

N = n · 10-6,

где h – наибольшая высота здания или сооружения, м;

S, L – соответственно, ширина и длина здания или сооружения;

n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности, определяемое по таблице 1.

Если здание имеет сложную конфигурацию, то при расчете за S и L принимают ширину и длину прямоугольника, в который вписывается план здания.

Таблица 1 – Зависимость среднегодового числа ударов молнии в 1 км2 земной поверхности от интенсивности грозовой деятельности

Интенсивность грозовой деятельности Пч, ч

10…20

20…40

40…60

60…80

80…100

Среднее число ударов молнии в год на 1 км2, n

5,5

Рисунок 1 – Карта среднегодовой продолжительности гроз в часах

2 Классификация зданий и сооружений

по устройству молниезащиты

Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты , исходя из вероятности поражения защищаемого объекта молнией, масштаба возможных разрушений и ущерба, устанавливает три категории зданий и сооружений (I, II, III) и два типа (А и Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5% молний, а типа Б – не менее 95%.

К I категории относят здания и сооружения (или их части), в которых имеются взрывоопасные зоны классов В-I и В-II согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ). В них хранятся или содержатся постоянно либо появляются во время производственного процесса смеси газов, паров или пыли горючих веществ с воздухом или иными окислителями, способные взорваться от электрической искры.

Ко II категории относят здания и сооружения (или их части), в которых имеются взрывоопасные зоны классов В-Iа, В-Iб, В-IIа согласно ПУЭ. В таких сооружениях опасные смеси появляются лишь при аварии или неисправностях в технологическом процессе. К этой же категории принадлежат наружные технологические установки и открытые склады, содержащие взрывоопасные газы и пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости (газгольдеры, цистерны и резервуары, сливо-наливные эстакады и т. п.), относимые по ПУЭ к взрывоопасным зонам класса В-Iг.

В III категорию входят:

1) здания и сооружения с пожароопасными зонами классов П-I, П-II, П-IIа согласно ПУЭ;

2) открытые склады твердых горючих веществ и наружные технологические установки, в которых применяют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 61ºС, относимые по ПУЭ к классу П-III;

3) здания и сооружения III, IV и V степени огнестойкости, в которых отсутствуют производства с зонами, относимыми по ПУЭ к классам пожаро — и взрывоопасным;

4) жилые и общественные здания, возвышающиеся на 25 м и более над средней высотой окружающих зданий в радиусе 400 м, а также отдельно стоящие здания высотой более 30 м, удаленные от других зданий на 400 м и более;

5) общественные здания III, IV и V степени огнестойкости следующего назначения: детские сады и ясли, школы и школы-интернаты, спальные корпуса и столовые санаториев, домов отдыха, лечебные корпуса больниц, клубы, кинотеатры;

6) здания и сооружения, являющиеся памятниками истории и куль — туры;

7) дымовые трубы предприятий и котельных, водонапорные и силосные башни, вышки различного назначения высотой более 15 м.

3 Выбор типа защиты

Различают два рода воздействия молнии: первичное, связанное с прямым ударом, и вторичное, вызванное электромагнитной и электростатической индукцией и заносом высоких потенциалов через металлические коммуникации в сооружения при разряде облака. В результате этих явлений могут возникать пожары, взрывы, разрушения конструкций, поражения людей, перенапряжение на проводах электрической сети.

Для защиты от прямых ударов молнии сооружаются молниеотводы, принимающие на себя ток молнии и отводящие его в землю. Зона защиты молниеотвода – это часть пространства, примыкающая к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. При этом, по мере углубления внутрь этого пространства степень надежности защиты возрастает.

Защита от электростатической индукции заключается в отводе индуцируемых статических зарядов в землю путем присоединения металлического оборудования, расположенного внутри и вне зданий, к специальному заземлителю или к защитному заземлению электроустановок; сопротивление заземлителя растеканию тока промышленной частоты должно быть не более 10 Ом.

Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами и другими протяженными металлокоммуникациями в местах их сближения на расстояние 10 см и менее через каждые 20 м устанавливают (приваривают) металлические перемычки, по которым наведенные токи перетекают из одного контура в другой без образования электрических разрядов между ними.

Защита от заноса высоких потенциалов внутрь зданий обеспечивается отводом потенциалов в землю вне зданий путем присоединения металлокоммуникаций на входе в здания к заземлителям защиты от электростатической индукции или к защитным заземлениям электроустановок.

Здания и сооружения I категории должны быть обязательно защищены от прямых ударов молнии, от электрической и электромагнитной индукции, от заноса высокого потенциала через подземные и наземные коммуникации. Молниеотводы предусматриваются с зонами защиты типа А.

Здания и сооружения II категории должны быть защищены от прямых ударов молнии; вторичных ее воздействий и заноса высоких потенциалов по коммуникациям только в местностях со средней интенсивностью грозовой деятельности nч ≥10. Тип зоны защиты молниеотводов зависит от показателя N: тип А берется при N>1, тип Б – при N≤1.

Здания и сооружения III категории подлежат молниезащите в местностях с грозовой деятельностью 20 ч и более в год, зона защиты молниеотводов – типа Б, за исключением объектов, указанных в п. 1 и 3. В них выбор типа зоны зависит от ожидаемого числа поражений молнией: при 0,1<N≤2 принимается тип Б, при N>2 принимается тип А.

Все здания и сооружения III категории защищают от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации. Наружные установки защищают только от прямых ударов молнии.

4 Конструкции молниеотводов

Молниеотвод состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии, токоотвода (спуска), соединяющего молниеприемник с заземлителем, заземлителя, через который ток молнии стекает в землю. Вертикальную конструкцию (столб или мачту) или часть сооружения, предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода, называют опорой молниеотвода.

По типу молниеприемников молниеотводы делят на стержневые, тросовые и сеточные, укладываемые на защищаемое здание; по числу и общей зоне защиты – на одиночные, двойные и многократные. Кроме того, различают молниеотводы отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания.

Стержневые молниеотводы представляют собой вертикальные стержни или мачты, тросовые – горизонтальные стальные канаты и провода, закрепленные на двух и более опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод к отдельному заземлителю. У сеточных молниеотводов молниеприемником служит металлическая сетка, присоединяемая токоотводом к заземлителю. Чаще используют стержневые молниеотводы.

Для повышения безопасности людей и животных заземлители размещают в редко посещаемых местах (на газонах, в кустарниках) в удалении на 5 м и более от основных грунтовых проезжих и пешеходных дорог, располагают их под асфальтовыми покрытиями или устанавливают предупреждающие плакаты. Токоотводы размещают в недоступных местах.

5 Расчет и проектирование молниеотводов

При устройстве молниезащиты соблюдают следующие условия: соответствие типа молниезащиты характеру производственного процесса в здании или сооружении, возможность типизации конструктивных элементов молниезащиты, надежность действия всех элементов молниезащиты и их «равнопрочность», большой срок службы (10 лет и более), возможность применения недорогостоящих материалов и использование конструктивных элементов здания и сооружения, наглядность монтажа, предупредительные и воспрещающие знаки или ограждения, доступ ко всем элементам при контроле, восстановлении или ремонте.

Кроме того, при устройстве молниезащиты зданий и сооружений любой категории учитывают возможность экранирования их зонами защиты молниеотводов других близко расположенных зданий и сооружений. При этом максимально используют естественные молниеотводы (вытяжные трубы, водонапорные башни, дымовые трубы, линии электропередачи и другие возвышающиеся сооружения).

Ниже приведены методики расчета молниеотводов разных конструкций высотой до 150 м.

Одиночный стержневой молниеотвод. Зона его защиты представляет собой конус (рисунок 2), вершина которого находится на высоте h0<h, основание образует круг радиусом R0. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого уровня сооружения hx представляет собой круг радиусом Rx. Эти величины составят:

— для зоны типа А

h0 = 0,85h; R0 = (1,1 — 0,002h)h;

Rx = (1,1 — 0,002h)(h — hx/0,85);

— для зоны типа Б

h0 = 0,92h; R0 = 1,5h; Rx = 1,5(h — hx/0,92),

где Rx и hx определяют по закону подобия треугольников.

Для зоны типа Б высоту молниеотвода при известных величинах hx и Rx устанавливают по формуле:

h = (Rx + 1,63hx)/1,5.

Рисунок 2 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне hx; 2 – то же на уровне земли

Двойной стержневой молниеотвод (рисунок 3). Торцевые части зоны защиты определяют как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Значение h0, R0, Rx1 и Rx2 расчитывают по выше приведенным формулам для обоих типов зон защиты.

Внутренние области зон защиты имеют следующие габаритные размеры:

— зона типа А:

при L ≤ h hc = h0; Rc = R0; Rcx = Rx;

при h < L ≤ 2h hc = h0-(0,17 + 3×10-4h)(L — h);

Rc = R0; Rcx = R0(hc — hx)/ hc;

при 2h < L ≤ 4h ;

;

;

— зона типа Б:

при L ≤ h hc = h0; Rcx = Rx; Rc = R0;

при h < L ≤ 6h, hc = h0 — 0,14(L — h);

Rc = R0; Rcx = R0(hc — hx)/ hc;

При больших расстояниях молниеотводы следует рассматривать как одиночные.

При известных hc, L и Rcx = 0 высоту молниеотвода для зоны типа Б определяют по формуле:

h = (hc + 0,14L)/1,06.

Рисунок 3 – Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне hx1; 2 – то же на уровне hx2,

3 – то же на уровне земли

Двойной стержневой молниеотвод разной высоты (рисунок 4). Торцевые части также представляют собой зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов соответствующей высоты, а h01, h02, R01, R02, Rx1, Rx2 определяют как для одиночного молниеотвода обоих типов зон.

Rcx = R0(hc — hx)/hc;

Rc= (R01 + R02)/2;

hc = (hc1 + hc2)/2,

где hc1 и hc2 для обоих типов зон защиты вычисляют по формулам для двойного стержневого молниеотвода.

Рисунок 4 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне земли;

2 – граница зоны защиты на уровне hx

Для разновысокого двойного стерженового молниеотвода зона защиты типа А существует при L ≤ 4hmin, типа Б – при L ≤ 6hmin.

Одиночный тросовый молниеотвод. Зона его защиты приведена на рисунке 5, где h – расстояние по высоте до троса в точке наибольшего провеса.

С учетом стрелы провеса при известной высоте опор hоп и длине пролета а < 120 м высота до троса h = hоп — 2 м, а при а=120…150 h = hоп — 3 м.

Зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов имеют следующие размеры.

Для зоны типа А:

h0 = 0,85h; R0 = (1,35 — 0,0025h)h;

Rx = (1,35 — 0,0025h)(h — hx/0,85).

Для типа Б:

h0 = 0,92h; R0 = 1,7h ; Rх = 1,7(h — hx/0,92).

Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных hx и Rx равна h = (Rx + 1,85hx)/1,7.

Рисунок 5 – Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне земли;

2 – граница зоны защиты на уровне hx

6 Пример расчета

Рассчитать высоту отдельно стоящего стержневого молниеотвода для защиты от прямых ударов молнии здания склада лакокрасочных материалов (ЛКМ) предприятия.

Здание расположено в Республике Башкортостан, имеет размеры:

L = 27 м; S = 18 м; h = 6 м.

Расчеты ведем в следующем порядке.

1. Определяем по классификации ПУЭ класс взрывопожароопасной зоны для склада ЛКМ. ЛКМ обычно изготовляются на основе легковоспламеняющихся жидкостей и склад является взрывоопасной зоной. Однако ЛКМ поступают и хранятся на складе в герметичной таре. Образование взрывоопасных смесей в здании склада возможно в случае неисправной тары. Следовательно, склад ЛКМ по классификации ПУЭ относится к классу В-1а.

2. Определяем требуемую категорию устройства защиты склада ЛКМ от воздействия атмосферного электричества. Согласно п.2 здания и сооружения, в которых имеются взрывоопасные зоны класса В-1а, относятся ко II категории защиты и должны быть защищены от всех четырех опасных факторов атмосферного электричества.

3. Определяем требуемый тип защиты для склада ЛКМ.

По карте среднегодовой продолжительности гроз (рисунок 1) находим, что интенсивность грозовой деятельности на территории РБ составляет 40…60 ч в год. Согласно таблице 1 такой интенсивности соответствует среднегодовое число ударов молнии, приходящееся на 1 км2 площади, равное n = 4. Ожидаемое число поражений склада ЛКМ молнией в течение года при отсутствии молниеотвода определяется по формуле:

Подставляя известные данные, получаем:

Так как N<1, то принимаем зону защиты типа Б.

4. Выписываем геометрические размеры зоны защиты типа Б:

; rо = 1,5hм; rх = 1,5(hм — hх/0,92),

где hо – высота конуса зоны защиты; hм – высота стержневого молниеотвода; rх – радиус зоны защиты на уровне земли; rо – радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта; hх – высота защищаемого объекта.

5. Определяем радиус rо зоны защиты на высоте объекта, используя графический метод. Наносим в выбранном масштабе на лист бумаги план склада ЛКМ (вид сверху). Выбираем и наносим на схему точку установки молниеотвода (для объектов II категории расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом не нормируется). Считая эту точку центром, описываем окружность такого радиуса, чтобы защищаемый объект (склад ЛКМ) вписался в нее. Снимаем со схемы значение радиуса rх; r = 27,5 м.

Рисунок 6 – К расчету высоты отдельно стоящего стержневого молниеотвода

1 – защищаемый объект; 2 – место установки молниеотвода

6. Определяем высоту молниеотвода:

hм = (rх + 1,63hх)/1,5; hм = 25 м

7. Определяем другие размеры зоны защиты:

ho = 22,8 м; rх = 37,3 м

8. Строим на схеме зону защиты (вид сбоку) и проверяем графически вписываемость объекта здания склада в зону защиты по высоте.

Библиографический список

1 РД 34.21.122 – 87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений.

2 СО 153 – 34.21.122 – 2003. Инструкция по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.

3 Пособие к «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД 34.21.122 – 87).

>10 Расчет молниезащиты зданий и сооружений

10.1 Назначение, область применения, категории

и типы молниезащиты

Молниезащита включает комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений, возможных при воздействии молнии. Проектирование и изготовление молниезащиты должны выполняться с учетом норм и требований Руководящего документа РД 34.21.122-87 , который распространяется на новые, реконструируемые и расширяемые здания и сооружения. Нормы и требования не распространяются на проектирование и устройство молниезащиты линий электропередач, контактных сетей, а также зданий и сооружений, эксплуатация которых связана с применением, производством или хранением взрывчатых веществ.

В соответствии с назначением зданий и сооружений необходимость выполнения молниезащиты, ее категория, а при использовании стержневых и тросовых молниеотводов – тип зоны защиты определяются по табл. 10.1 в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз, а также от ожидаемого количества поражений здания или сооружения молнией в год.

Таблица 10.1

Категории молниезащиты и типы зон защиты

Здания и сооружения

(класс)

Местоположение

Типы зон защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов

Катего-

рия молние-защиты

Здания и сооружения или их части, которые согласно Правилам устройства электро-установок (ПУЭ) относятся к зонам классов

В-IиB-II

Здания и сооружения или их части, которые согласно ПУЭ относятся к зонам классов В-Iа, В-Iб, В-IIа

Наружные установки, создающие согласно ПУЭ зону класса В-Iг

Здания и сооружения или их части, которые согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-I, П-II, П-IIа

На всей территории РФ

В местностях

со средней продолжительностью гроз 10 ч/год и более

На всей территории РФ

В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч/год и более

Зона А

При ожидаемом количестве поражений молнией в год здания или сооружения:

при N>1 – зона А;

при N1 – зона Б

Зона Б

Для зданий и сооружений IиIIстепени огнестойкости при 0,1 <и дляIII,IV,Vстепени огнестойкости при 0,02 <− зона Б; приN>2 – зона А

Наружные установки, открытые склады, создающие согласно ПУЭ зону класса П-III

То же

При 0,1 < − зона Б

При N > 2 – зона А

Окончание табл.10.1

Здания и сооружения III,IV,Vстепени огнестойкости (в том числе здания из легких металлоконструкций

с покрытием, имеющим сгораемый утеплитель), в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов

Здания вычислительных центров

То же

То же

При 0,1 < − зона Б

При N> 2 – зона А

Зона Б

Примечания: 1 Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5 % и выше, типа Б – 95 % и выше.

2 Устройства молниезащиты обязательны при одновременном выполнении условий, указанных в таблице.

Ожидаемое количество поражений молнией в год зданий и сооружений прямоугольной формы определяется по формуле

. (10.1)

Для сосредоточенных зданий и сооружений (башен, вышек, дымовых труб)

, (10.2)

где S, L – соответственно ширина и длина зданий, м; для зданий и сооружений сложной конфигурации в плане при расчете N в качестве S и L принимаются ширина и длина наименьшего описанного прямоугольника;

−наибольшая высота здания или сооружения, м;

n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю) в месте расположения здания или сооружения.

Значения n в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз приведены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Удельная плотность ударов молнии в землю

Среднегодовая продолжительность гроз, ч

10−20

20−40

40−60

60−80

80−100

и более

5,5

8,5

Средняя за год продолжительность гроз в отдельных регионах и промышленных центрах РФ определяется либо по карте (см. РД 34.21.122-87) , либо по утвержденным для некоторых областей региональным картам продолжительности гроз, либо по средним многолетним (порядка 10 лет) данным метеостанций, ближайших от места нахождения здания или сооружения.

Укрупненные данные о среднегодовой продолжительности гроз приведены ниже:

Анадырь, Верхоянск, Магадан, Мурманск, Норильск, Петропавловск-Камчатский, Хатанга, Южно-Сахалинск – менее 10;

Архангельск, Астрахань, Игарка – от 10 до 20;

Иркутск, Казань, Калининград, Киров, Комсомольск-на-Амуре, Красноярск, Ленинград, Москва, Петрозаводск, Ульяновск, Хабаровск – от 20 до 40;

Барнаул, Волгоград, Горький, Кемерово, Куйбышев, Минск, Новгород, Новосибирск, Омск, Псков, Ростов-на-Дону, Свердловск, Симферополь, Тула, Уфа, Челябинск, Чита – от 40 до 60;

Краснодар, Курск, Орел, Смоленск – от 60 до 80;

Майкоп – более 100.

Здания и сооружения, отнесенные к I и II категориям молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных появлений молнии и заноса высокого потенциала через наземные, надземные и подземные металлические коммуникации. Здания и сооружения, отнесенные к III категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные и надземные металлические коммуникации.

Для зданий и сооружений, совмещающих в себе помещения I и II или I и III категории молниезащиты, необходимо, как правило, выполнять молниезащиту по I категории. Если площадь помещений I категории молниезащиты составляет менее 30 % площади всех помещений здания, то молниезащиту всего здания допускается выполнять по II категории независимо от категории остальных помещений. При этом на вводе в помещения I категории должна быть предусмотрена соответствующая этой категории защита от заноса высокого потенциала по надземным и подземным металлическим коммуникациям.

Для зданий и сооружений, совмещающих помещения II и III категории молниезащиты, необходимо, как правило, выполнять молниезащиту по II категории. Если площадь помещений II категории менее 30 % площади всех помещений здания, то молниезащиту всего здания допускается выполнять по III категории, предусмотрев при этом защиту от заноса высокого потенциала в помещения II категории по всем коммуникациям в соответствии с требованиями, установленными для II категории зданий и сооружений.

Для зданий и сооружений, более 70 % площади которых составляют помещения, не подлежащие молниезащите, а остальную часть составляют помещения I, II или III категории молниезащиты, должна быть предусмотрена защита только от заноса высоких потенциалов по металлическим коммуникациям, устройство которой необходимо выполнять с учетом категории молниезащиты.

Наружные установки, отнесенные ко II категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов и вторичных проявлений молний, а наружные установки III категории молниезащиты – от прямых ударов молнии.

При определении размеров и формы зоны защиты необходимо учитывать высоту и форму в плане защищаемого здания или сооружения.

При наличии на зданиях и сооружениях I категории молниезащиты прямых газоотводящих или дыхательных труб для свободного отвода в атмосферу газов, паров и взвесей взрывоопасной концентрации в зону защиты молниеотводов должно входить пространство над обрезом труб, ограниченное радиусом 5 м. Для газоотводных и дыхательных труб, оборудованных колпаками, в зону защиты молниеотводов должно входить пространство над обрезом труб, ограниченное цилиндром высотой H и радиусом R:

  • для газов тяжелее воздуха при избыточном давлении внутри установки менее 5 кПа Н = 1 м; R = 2 м;

  • для газов тяжелее воздуха при избыточном давлении внутри установки от 5 до 25 кПа и для газов легче воздуха при избыточном давлении внутри установки до 25 кПа Н = 2,5 и R = 5 м;

  • при избыточном давлении внутри установки свыше 25 кПа Н = 5 м; R = 5 м.

Указанные требования к размерам зон защиты распространяются и на наружные установки или резервуары II категории молниезащиты, имеющие газоотводные или дыхательные трубы.

Защите от прямых ударов молнии подлежат также дыхательные клапаны и пространство над ними, ограниченное цилиндром высотой 2,5 м и радиусом 5 м. Для резервуаров с плавающими крышками или понтонами в зону защиты молниеотвода должно входить пространство, ограниченное поверхностью, любая точка которого удалена на 5 м от легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) в кольцевом зазоре.

Для защиты от вторичных проявлений молний:

  • металлические корпуса всего оборудования и аппаратов, установленных в здании или сооружении, должны быть присоединены к заземляющему устройству электроустановок, выполненному в соответствии с ПУЭ, или к железобетонному фундаменту зданий, используемому в качестве заземлителя молниеотвода;

  • внутри здания между трубопроводами и другими протяженными металлическими конструкциями в местах их взаимного сближения на расстоянии менее 100 мм через каждые 20 м должны быть установлены перемычки из стальной проволоки;

  • во фланцевых соединениях трубопроводов внутри здания должна быть обеспечена нормальная затяжка − не менее четырех болтов на каждый фланец.

Защита от заноса высокого потенциала по подземным коммуникациям достигается за счет их присоединения на вводе в здание или сооружение к заземлителю защиты от прямых ударов молнии.

Защита от заноса высокого потенциала по внешним надземным или наземным коммуникациям обеспечивается путем их присоединения на вводе в здание или сооружение к заземлителю защиты от прямых ударов молнии, на ближайшей к вводу опоре коммуникации – к ее железобетонному фундаменту, а при невозможности использования фундамента – к искусственному заземлителю, состоящему из одного вертикального или горизонтального электрода длиной не менее 5 м.

Защита от заноса высокого потенциала по воздушным линиям электропередач, сетям телефона, радио и сигнализации выполняется так же, как и в зданиях и сооружениях I категории молниезащиты.

Когда опора молниеприемника железобетонная или металлическая, то арматура или металлическая ферма используется как токоотвод

Зона защиты, внутри которой здание или сооружение защищается от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности, называется зоной защиты молниеотвода. Наименьшую степень надежности имеет по оверхня зоны защиты. Степень надежности защиты возрастает по мере продвижения внутрь ее от поверхности. С точки зрения надежности защиты различают две зоны — типа. А и. Б. Зона защиты типа. А имеет степень надежд ности 99,5% и выше. В зоне. Б надежность защиты 95% и высш вище.

Молниеотводы могут быть стержневые, тросовые и сетчатые

. Стержневые молниеотводы как наиболее простые, дешевые и надежные получили наибольшее распространение. Тросовые молниеотводы менее надежны по сравнению со стержневыми и поэтому их используют при защите объектов большой д длины. Сетчатые молниеотводы надежны в эксплуатации и широко используются при защите зданий и сооружений III категорииії.

Одиночный стержневой молниеотвод высотой к 150 м имеет зону защиты в виде конуса (рис112). Зона защиты стержневым молниеотводом на уровне земли определяется кругом радиуса го, а на высоте защищаемого объекта, кх — кругом радиуса гх. Вершина конуса ко ниже высоты молниеотвода к

Размеры зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода определяют по формулам:

Если известна высота hх и радиус rх объекта, который нужно защитить одиночным стержневым молниеотводом, то высоту молниеотводак для зоны. Б определяется по формуле

. Пример 111. Найти высоту одиночного стержневого молниеотвода для защиты объекта радиусом rх = 10 м и высотой hх = 25 м

. Решение. Подставим значения радиуса объекта rх и высоту егоhх в формулу и найдем высоту. Тогда

Конструкции молниеотводов изготавливают из железобетона и металла. Наиболее распространены опоры из железобетона и металла. Железобетонные опоры для отдельно стоящих молниеотводов имеют ряд преимуществ

Молниеприемник стержневого молниеотвода изготовляют из стального прутка сечением не менее 100 мм2 или водопроводных труб. Труба в верхней части должна быть запечатлен, молниеприемник должен обладать стойкостью к механическим нагрузкам. Длина стержневого молниеприемника не должна пре ваты 2-2,5 м.

Для токоотводов, прокладываемых по стенам зданий и сооружений, чаще применяют полосную сталь площадью сечения 48мм2 и стальной прокат различного профиля. Токоотводы прокладывают с учетом кратчайшего расстояния между молниеприемником и заземлителем и крепят стальными скобами, гвоздями, дюбелями и др.. Молния-п приемники и заземлители соединяют путем сварки. Если опора металлическая, то она используется как струмовидвивід.

Заземлители выбирают в зависимости от нормированного импульсного сопротивления. Различают сопротивление заземления растеканию импульсного тока. Я, тока прямого удара молнии и сопротивление заземления растеканию тока. Я промыш. Слове частоти.

Сопротивление заземляющего устройства при отводе тока промышленной частоты определяется достаточно точно, если известны ток замыкания, размеры заземлителя и удельное сопротивление грунта. Определение сопротивления заземлителя для импульсных токов молнии очень сложное и зависит от ряда причин. Импульсный ток молнии вокруг заземлителя (рис111) обуславливает образование искровой зоны, охватывающей заземлитель вокруг, словно бы и увеличивая его геометрические размеры и тем самым снижая величину сопротивления от заземлительвача.

Литература ,

. Вопросы для самоконтроля

1. Как возникает заряд атмосферного электричества?

2. Какие виды молнии опасны для человека и пожаров зданий, оборудования и материалов?

3. Что следует понимать под понятием»Сохранение высоких потенциалов»?

4. С каких элементов состоит молниеотвод?

5. Что следует понимать под понятием»Зона защиты молниеотвода на уровне земли»?

6. Какая опасность для человека от разрядов атмосферного электричества?

7. Какие меры безопасности применяются на зданиях, сооружениях для защиты от разрядов атмосферного электричества?

8. Что такое»Защита на высоте объекта», защищаемой?

9. Как определяются зоны защиты молниеотводов?

10. Как рассчитать высоту одиночного стержневого молниеотвода?

5.1. Зона защиты стержневых молниеотводов

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 16 и 17) представляет собой в вертикальном сечении конус с образующей в виде ломаной линии.
Построение зоны защиты для молниеотвода высотой h<60 м (рис. 16) производится следующим образом. От основания молниеотвода в противоположные стороны откладываются два отрезка СА’ и СВ’, равные 0,75h, концы полученных точек А’ и В’ соединяют с вершиной О молниеотвода. Далее на молниеотводе на высоте 0,8h находится точка О’, которая соединяется прямой линией с концами

отрезков СВ и СА, равных l,5h.


Рис. 17. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой более 60 м
Рис. 16. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м

Ломаная BDO и является образующей зоны защиты для определения величины радиуса защиты гх, м, на любой высоте hx зоны защиты используют формулы:

Решая приведенные выше формулы относительно h, можно при известных (заданных) значениях гх и hx получить величину оптимальной высоты молниеотвода:
Для молниеотводов высотой более 60 м и до 100 м включительно зона защиты определяется исходя из лимитированной величины основания конуса на уровне земли г = 90 м (рис. 125). При этом радиус защиты на высоте hx определяется из соотношений:
5.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода
Зона защиты двойного стержневого молниеотвода (при расположении двух одинаковых молниеприемников на одном уровне и на определенном расстоянии друг от друга) показана на рис. 18а.
Определение очертаний торцевых частей зоны выполняется по расчетным формулам, используемым для построения зоны защиты одиночного молниеотвода.
Расчет предусматривает следующие обязательные условия: высота молниеотвода не должна превышать 60 м, молниеотвод рассматривается как двойной только при соотношении L/h <5.
Рис. 18. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода:
а — при расположении молниеприемников на одном уровне; б — при расположении молниеприемников на разных уровнях
Верхняя граница зоны защиты представляет собой дугу окружности радиуса R, соединяющую вершины молниеотводов и точку, расположенную на перпендикуляре, идущем из середины расстояния между молниеотводами на высоте h0.
Величина h0, в метрах, вычисляется по эмпирической формуле:
Радиус окружности R, дуга которой описывает верхнюю границу зоны, соответственно определяется из выражения:
В тех случаях, когда величины h0 и L известны, оптимальную высоту молниеотводов, находят по формуле:
При этом в вышеприведенной формуле значение h0 соответствует значению, вычисленному исходя из необходимой (требуемой) ширины зоны защиты, величина которой определяется высотой защищаемого сооружения и его размерами в плоскости, перпендикулярной оси молниеотводов.
Ширина зоны защиты bх, м, на уровне hx вычисляется по формулам:
Решая приведенные выше выражения относительно h0, получаем соответственно:
1,5
Зона защиты двойного стержневого молниеотвода (при расположении молниеприемников на разных уровнях) показана на рис. 18б.
Принцип построения зоны защиты данного типа молниеотвода сводится к следующему: вначале строится зона защиты молниеотвода большей высоты и торцевая часть зоны защиты второго молниеотвода. Далее от вершины молниеотвода меньшей высоты проводится горизонтальная линия до пересечения с образующей зоны защиты молниеотвода большей высоты. Полученная точка пересечения условно принимается за вершину фиктивного молниеотвода, высота которого соответствует высоте меньшего молниеотвода. Дальнейший ход расчета и построения зоны защиты аналогичен описанному выше для двух молниеотводов одинаковой высоты.
Для определения внешних границ зоны защиты многократных молниеотводов используются те же приемы, что и для одиночного или двойного стержневых молниеотводов. При этом для расчета и построения внешних очертаний зоны молниеотводы берут попарно в определенной последовательности (например, для четырехкратного молниеотвода: 1—2, 2—3, 3—4, 4—1).
При применении четырехкратного и более стержневого молниеотвода необходимо выполнение дополнительных условий, а именно:

  1. для зданий и сооружений I и II категорий следует принимать h0 >hx для попарно взятых молниеотводов по диагоналям многоугольника, образованного единичными молниеотводами;
  2. для зданий и сооружений III категории допускается D<5ha (D — длина диагонали многоугольника, составленного единичными молниеотводами).

Для молниеотводов высотой более 30 м величина D должна быть уменьшена путем введения коэффициента р.

5.3. Зона защиты тросовых молниеотводов

Конфигурация зоны защиты одиночного тросового молниеотвода показана на рис. 19.
Рис. 19. Зона защиты тросового молниеотвода: 1 — тяжение троса в точке закрепления; 2 — положение троса в середине пролета
(с учетом стрелы провеса)
Расчет параметров зоны, м, производится по формулам:
При этом полная ширина зоны защиты (по аналогии со стержневыми молниеотводами именуемая радиусом защиты) при hx = 0 определяется из выражения:
=2,5 hmp,
где
hmp — высота троса (с учетом его стрелы провеса) над защищаемым объектом, м.
На рис. 20. приведена номограмма, по которой в зависимости от заданных величин h, hx можно легко найти искомое значение гх.
При расчетах тросовых молниеприемников необходимо учитывать отклонение троса под воздействием ветрового напора.
Параметры зоны защиты двойного тросового молниеотвода определяются так же, как в одиночном тросовом молниеотводе. Область зоны в любом сечении между двумя параллельными тросами ограничивается дугой окружности, проходящей через тросы и точку, расположенную между ними на расстоянии L/2 на высоте h0 от поверхности земли.
Рис. 20. Номограмма для определения радиуса защиты одиночного тросового молниеотвода

Величина h0, м, определяется по формуле:
При разных высотах тросовых молниеотводов величина h0, м, вычисляется по формуле:
К = КР ~ bф/4,
где hmp — высота меньшего молниеотвода, м; bф — расстояние между меньшим и фиктивным молниеотводами, м.
Радиус дуги окружности, ограничивающий верхнюю часть зоны, равен:
R = 3h- h0.
При известных значениях h0 и L высота молниеотвода, м, может быть определена по формуле:
Рис. 21.

Номограмма для определения параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода

Тросовый молниеотвод может рассматриваться как двойной только при условии, если отношение (L/h)<4.
На рис. 21. приведена номограмма для определения зоны защиты двойного тросового молниеотвода

— Следующая страница

Заземление &#8212; это соединения части электросети или оборудования с заземляющим устройством. Заземляющее устройство представляет собой заземлитель &#8212; проводящую часть, находящуюся в контакте с землей. Заземлитель может быть в виде металлических элементов сложной формы.

Качество заземления определяется значением сопротивления заземляющего устройства, которое можно снизить, увеличивая площадь заземлителей или проводимость среды.

Расчет молниеотвода

Электрическое сопротивление заземляющего устройства предусматривается в проекте согласно требованиям Правил устройства электроустановок.

Такой контур заземления устанавливается в свободной от застройки зоне участка. Заземлению подлежат:

  • бытовые электрические приборы единичной мощностью свыше 1,3 кВт;
  • металлические корпуса ванн и душевых поддонов (они должны быть соединены металлическими проводниками с трубами водопровода);
  • металлические корпуса сетильников, встраиваемых или устанавливаемых в подвесные потолки, выполненные с применением металла;
  • металлические корпуса бытовых кондиционеров воздуха.

Заземлители устанавливаются до начала электромонтажных работ. Соединение арматуры фундаментов с арматурой стен должна выполнять строительная организация. Заземлители присоединяются к трубопроводам с помощью сварки либо хомута. Если невозможно использовать естественные заземлители, применяются заземлители искусственные. К ним относятся заземляющий контур, который создаётся как для заземления жлектроприборов, так и для молниезащиты.

Молниезащита &#8212; это система устройств, обеспечивающая безопасность здания при электрических разрядах в атмосфере. Её основная задача &#8212; изменение траектории разрядов молнии и гашение её энергии. Молниезащита включает:

  • молниеприемник &#8212; устройство, принимающее разряд молнии;
  • токоотвод &#8212; элементы распределения электрического разряда;
  • заземлитель &#8212; устройство гашения электрического разряда.

Существует несколько схем молниезащиты. Схема на основе стержневого молниеотвода включает металлический стержень, соединенный кабелями с заземлителем. Молниеотвод на основе &#171;пространственной сетки&#187; устанавливается на крыше дома. Он распределяет и гасит разряд в случае прямого попадания. Схема на основе натяжных систем аналогична схеме стержневого молниеотвода, но при этом проводники натянуты по периметру защищаемой зоны.

Все вышеуказанные конструкции изготавливаются из стальных стержней, канатов или стальных сеток (диаметром не менее 6 мм). Элементы в узлах соединяются сваркой. Наиболее распространена конструкция стержневых молниеотводов поскольку они наиболее просты в изготовлении и обеспечиваются надежность системы.

Молниеотводы на основе натяжных систем используют при устройстве кровель сложной формы. Пространственая сетка требует большего расхода материалов и сложнее в установке. Такой вид молниеотвода целесообразен, если крыша дома выше остальных объектов, находящихся в радиусе 50 м.

Тип молниеотвода (одиночный, двойной и многократный стержневой, одиночный и двойной тросовый) выбирают в зависимости от конструкции зданий и сооружений, их размеров, формы и взаимного расположения.

Рис. 29.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150м

Зона защиты молниеотвода представляет собой часть пространства, примыкающего к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Различают зоны защиты двух типов: А — со степенью надежности 99,5 % и выше; Б — со степенью надежности 95 % и выше. Для объектов сельскохозяйственного назначения, как правило, требуется зона Б.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h≤ 150м (рис.

Алгоритм расчета молниезащиты

29.1) представляет собой конус, вершина которого находится на высоте h0 < h, а основание образует круг радиусом rх. Для зоны типа А эти размеры определяют по формулам:

h0 = 0,85h; r0 = (1,1 — 0,002h)h; rх = (1,1 — 0,002h)(h — hx/0,85),

для зоны типа Б

h0 = 0,92h; r0 = 1,5h; rх = 1,5(h — hx/0,92).

При известных значениях Нх и гх высота молниеотвода для зоны типа Б

h = (rх+ 1,63hx)/1,5.

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой не более 150 м при расстоянии между единичными молниеотводами L изображена на рисунке 29.2. Два стержневых молниеотвода образуют слившуюся зону защиты при L < 5А. В ней величины h0, r0 и rх определяют так же, как для одиночного молниеотвода, а размеры зоны посредине между стержнями рассчитывают по следующим формулам.

Для зоны типа А:

при L ≤ h

hc = h0 = 0,85h; rс = r0 = (1,1 — 0,002h)h; rсх = rх = (1,1 — 0,002h)(h — hx/0,85);

при А < L ≤ 3h

hс = h0 — (0,17 + 3·10-4h)(L — h); rс = r0; rсх = r0(hс — hХ)/hС.

Для зоны типа Б:

при L ≤ 1.5h

hс = h0; rcx = rх; rс = r0;

при 1,5h < L< 5h

hс = h0 — 0,14(L — 1,5h); rc = r0; rcx = r0(hc — hx/hc)-

При известных рc, L и rcx = 0 высота молниеотвода для зоны защиты типа Б

h = (hс +0,14h)/1,13.

Если расстояние между стержневыми молниеотводами L > 5h, то их совместное защитное действие нарушается (h0 = 0), поэтому их следует рассматривать как одиночные.

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ≤ 150 м при расстоянии L между опорами приведена на рисунке 29.3. Принимают, что верхняя часть зоны зашиты ограничена горизонтальной прямой, проведенной через точку максимального прогиба троса. Торцовые части зоны защиты аналогичны торцовым частям двойного стержневого молниеотвода.

Размеры зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ≤ 150 м рассчитывают по формулам:

для зоны типа А

h0 = 0,85/h; r0 = (1,35 — 0,0025h)h;

rх = (1,35 — 0,0025h)(h — hx0,85);

для зоны типа Б

h0 = 0,92h; r0 = 1,7А; rх = 1,7(h — hx/0,92).

Рис. 29.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 м:
1 — граница зоны защиты на высоте Нх; 2— граница зоны защиты на уровне земли

Рис. 29.3. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой до 150м:

1— граница зоны защиты на уровне земли; 2— граница зоны зашиты на уровне hх

При известных hx и rх высота одиночного тросового молниеотвода для зоны типа Б

h = (rx+ l,85hx)/l,7.

Высоту опор hоп выбирают с учетом стрелы прогиба. Для стального троса сечением 35…50 мм2 стрела прогиба составляет 2м при расстоянии между опорами L< 120м и 3 м при 120м≤L≤ 150м. Высоту опор получают сложением расчетной высоты молниеотвода h и принятой стрелы прогиба. Следовательно, при L < 120 м высота опор hоп = h + 1 м, при L = 120…150 м hоп = h + 3 м.

Полезная информация:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *