Расчет молниезащитных устройств зданий и сооружений

Здания и сооружения или их части в зависимости от назначения, ин­тенсивности грозовой деятельности в районе местонахождения, ожидае­мого количества поражений молнией в год должны защищаться в со­ответствии с категориями устройства молниезащиты и типом зоны защиты. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов различных типов: стержневых, тросовых, сетчатых, комбинированных (например, тросово-стержневых). Наиболее часто применяют стержневые молниеотводы, тросовые используют в основ­ном для защиты длинных и узких сооружений. Защитное действие молниеотвода в виде сетки, накладываемой на защищаемое сооруже­ние, аналогично действию обычного молниеотвода.

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому защищаемое здание, более низкое по сравнению с молниеотводом по высоте, практически не будет пора­жаться молнией, если всеми своими частями оно будет входить в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молниеотвода считается часть пространства вокруг молниеотвода, обеспечивающая защиту зданий и сооружений от прямых ударов молнии с определенной степенью

надежности. Наименьшей и постоянной по величине степенью надеж­ности обладает поверхность зоны защиты; по мере продвижения внутрь зоны надежность защиты увеличивается. Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99,5% и выше, а типа Б — 95% и выше.

Общая схема решения задачи: производится количественная оцен­ка вероятности поражения молнией защищаемого объекта, располо­женного на равнинной местности с достаточно однородными грунтовы­ми условиями на площадке, занятой объектом, т. е. определяется ожи­даемое число поражений молнией в год защищаемого объекта. В зави­симости от категории устройства молниезащиты и полученного значения ожидаемого числа поражений молнией в год защищаемого объекта определяется тип зоны защиты. Рассчитываются взаимные расстояния между попарно взятыми молниеотводами и производятся вычисления параметров зон защиты на заданной высоте от поверхности земли.

В зависимости от типа, количества и взаимного расположения мол­ниеотводов зоны защиты могут иметь самые разнообразные геометри­ческие формы. Оценка надежности молниезащиты на различных вы­сотах производится проектировщиком, который в случае необходимо­сти уточняет параметры молниезащитного устройства и решает вопрос о необходимости дальнейшего расчета.

Производственные, жилые и общественные здания и сооружения в зависимости от их конструктивных характеристик, назначения и зна­чимости, вероятности возникновения взрыва или пожара, технологиче­ских особенностей, а также от интенсивности грозовой деятельности в районе их местонахождения подразделяются на три категории по устройству молниезащиты: I — производственные здания и сооруже­ния со взрывоопасными помещениями классов В-1 и В-2 по ПУЭ; к ней относятся также здания электростанций и подстанций; II - другие зда­ния и сооружения со взрывоопасными помещениями, не относимые к I категории; III — все остальные здания и сооружения, в том числе пожароопасные помещения.

Для оценки грозовой деятельности в различных районах страны используется карта распределения среднего- числа грозовых часов в году, на которой нанесены линии равной продолжительности гроз или данные соответствующей местной метеорологической станции.

Вероятность поражения молнией какого-либо объекта зависит от интенсивности грозовой деятельности в районе его расположения, вы­соты и площади объекта и некоторых других факторов и количествен­но оценивается ожидаемым числом поражений молнией в год. Для зда­ний и сооружений, не оборудованных молниезащитой, число поражений определяется по формуле

где S и L — соответственно ширина и длина защищаемого здания (сооружения), имеющего в плане прямоугольную форму, м; h — наибольшая

высота защищаемого объекта, м; п — среднегодовое число ударов мол­нии на 1 км² земной поверхности в месте расположения объекта, зна­чения п при равной интенсивности грозовой деятельности определяются по таблицам. Для зданий сложной конфигурации при расчете N в каче­стве S и L рассматриваются широта и длина наименьшего прямоуголь­ника, в который может быть вписано здание в плане.

Категория устройства молниезащиты и ожидаемое число поражений молнией в год защищаемого объекта определяют тип зоны защиты: здания и сооружения, относящиеся к I категории, подлежат обязатель­ной молниезащите. Зона защиты должна обладать степенью надежности 99,5% и выше (зона защиты типа А); зоны защиты для зданий и соору­жений, относящихся ко II категории, рассчитываются по типу А, если N > 1, и по типу Б в противном случае; зоны, относящиеся к III кате­гории, рассчитываются по типу А, если N > 2, и по типу Б в противном случае. Это касается только зданий и сооружений, которые относятся к взрыво- и пожароопасных. Для всех остальных объектов этой кате­гории независимо от значения N тип зоны защиты принимается Б.

Расчет молниезащиты зданий и сооружений заключается в определе­нии границ зоны защиты молниеотводов, которая представляет собой пространство, защищаемое от прямых ударов молнии. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h £ 150 м представ­ляет собой круговой конус, который в зависимости от типа зоны за­щиты характеризуется следующими габаритами:

где Н₀ — вершина конуса зоны защиты, м; r ₀ — радиус основания ко­нуса на уровне земли, м; r_х — радиус горизонтального сечения зоны зашиты на высоте h_x от уровня земли, м; h_x — высота защищаемого сооружения, м.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода в плане графи­чески изображается окружностью соответствующего радиуса. Центр окружности находится в точке установки молниеотвода.

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 м при расстоянии между молниеотводами, равном L, изображена на рис. 12.1. Из рисунка видно, что зона защиты между двумя стержне­выми молниеотводами имеет значительно большие размеры, чем сум­ма зон зашиты двух одиночных молниеотводов. Часть зоны защиты

между стержневыми молниеотводами в сечении, проходящем через оси молниеотводов, является совместной (рис. 12.1), а остальные ее части называются торцевыми.

Определение очертаний торцевых частей зоны защиты выполняется по расчетным формулам, используемым для построения зоны защиты одиночных молниеотводов, т. е. габариты h₀, r₀, r_x1, r_x2 определяются в зависимости от типа зоны защиты по формулам (12.15) или (12.16). В плане торцевые части представляют собой полуокружности радиусом r ₀ или r_х, которые ограничиваются плоскостями, проходящими через оси молниеотводов перпендикулярно линии, соединяющей их осно­вания.

Совместная часть зоны защиты ограничивается сверху ломаной ли­нией, которую можно построить по трем точкам: две из них лежат на молниеотводах на высоте h₀, а третья расположена посередине между ними на высоте h_c. Очертания зоны защиты в сечении А-А (рис. 12.1) определяются по правилам и формулам, принятым для одиночных стержневых молниеотводов.

Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габариты:

Зона А существует при L £ 3h, в противном случае молниеотводы рассматриваются как одиночные;

Зона Б существует при L £ 5h, в противном случае молниеотводы рассматриваются как одиночные. В формулах (12.17), (12.18) L - расстояние между молниеотводами, м; h_c - высота зоны защиты по­середине между молниеотводами, м; r _с — ширина совместной зоны за­щиты в сечении А-А (рис. 12.1) на уровне земли, м; r _сх - ширина го­ризонтального сечения совместной зоны защиты в сечении А -А на высоте h от уровня земли, м.

Основным условием наличия совместной зоны защиты двойного стержневого молниеотвода является выполнение неравенства г_сх > 0. В этом случае конфигурация совместной зоны защиты в плане пред­ставляет собой две равнобедренные трапеции, имеющие общее основа­ние длиной 2r_сх, которое лежит посередине между молниеотводами. Другое основание трапеции имеет длину 2r_х. Линия, соединяющая точ­ки установки молниеотводов, является перпендикулярной основаниям трапеции и делит их пополам. Если r _сх = О, совместная зона защиты в плане представляет собой два равнобедренных треугольника, основа­ния которых параллельны между собой, а вершины лежат в одной точ­ке, находящейся посередине между молниеотводами. Если r _сх < О, построение зоны защиты не производится.

Объекты, расположенные на достаточно большой территории, защи­щаются несколькими молниеотводами (многократный молниеотвод). 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. Основным условием защищенности одного или группы сооружений высотой h_x с надежностью, соответствующей зонам защиты А и Б, является выполнение неравенства r _сх > О для всех попарно взятых молниеотводов.

Для защиты длинных и узких сооружений, а также в некоторых других случаях используются одиночные тросовые молниеотводы.

Зона защиты, образованная взаимодействием тросового и стержне­вых (одиночных или двойных) молниеотводов, определяется так же, как и зона защиты многократного стержневого молниеотвода. При

этом опоры тросового молниеотвода приравниваются к стержневым молниеотводам высотой h и радиусом основания зоны защиты r, зависящи м от типа зоны защиты.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите классификацию электротехнических установок относительно мер электробезопасности.

2. Перечислите виды применяемых заземлений.

3. Опишите устройство заземлений и исполнение заземлителей.

4. Перечислите особенности заземляющих устройств в установках
до и выше 1 кВ.

5. В чем заключается расчет простых заземлителей?

6. Произведите расчет удельного эквивалентного электрического
сопротивления земли.

7. Опишите защитное действие молниеотвода и выполните категорирование известных Вам зданий и сооружений.

8. Выполните расчет зоны защиты одиночного стержневого молние­отвода.

9. Выполните расчет зоны защиты двойного стержневого молние­отвода и изобразите зону защиты для разных высот защищаемого зда­ния.

Поиск по сайту: