Розрахунок зони блискавковідводу

1 Тема роботи:

Розрахунок зон захисту одиночних стрижневих блискавковідводів

 

2 Мета роботи:

Вивчити методику і виконати розрахунок зон захисту одиночних стрижневих блискавковідводів відповідно до індивідуального завдання

 

4 Теоретичний матеріал.

Блискавка — це електричний розряд довжиною декілька кілометрів, що розвивається між грозовою хмарою і землею або якою-небудь наземною спорудою.

Блискавкозахист – комплекс захисних пристроїв, призначених для гарантування безпеки людей, збереження будинків і споруд, устаткування і матеріалів від можливих вибухів, загорянь і руйнувань, спричинених ударом блискавки. Розрізняють первинні (прямий удар) і вторинні прояви блискавки.

При прямому ударі через високу температуру в каналі блискавки відбувається миттєве нагрівання конструкцій будинку і повітря. Останнє, розширюючись, утворює ударну повітряну хвилю, що руйнує будинки і споруди. Крім прямого удару прояви блискавки можуть бути у вигляді електростатичної, електромагнітної індукцій та занесення високих потенціалів через наземні та підземні комунікації. У наслідок дії електромагнітного поля блискавки може виникнуть іскріння або сильне нагрівання в місцях з недостатньо щільними контактами між металевими елементами конструкцій, що у свою чергу може спричинити пожежу чи вибух залежно від категорії приміщення. Блискавка у всіх випадках небезпечна високими потенціалами, що викликають ураження людей прямим ударом, а також напругою дотику і кроку. Захист від прямих ударів блискавок та вторинного прояву атмосферної електрики забезпечується:

— влаштуванням блискавковідводів;

— влаштуванням металевих заземлених сіток на відкритих предметах;

— заземленням обладнання, що знаходиться всередині будівлі (споруди);

— утворенням замкнених контурів поміж близько розташованими трубопроводами та іншими металевими предметами, розташованими поруч, а також заземленням металевих комунікацій перед їх введенням у споруду.

Захист від електростатичної індукції здійснюється шляхом заземлення металевих корпусів обладнання та апаратів, встановлених у будівлі, що захищається, і металевих конструкцій.

Спосіб захисту від блискавок вибирають залежно від призначення будинку або споруди, інтенсивності грозової діяльності у даному районі, очікуваної кількості уражень блискавкою на рік.

Підрахунок очікуваної кількості уражень блискавкою на рік (N) виконується за такими формулами:

- для зосереджених будинків і споруд (димарі, вишки, вежі)

(5.1)

- для будинків і споруд прямокутної форми

, (5.2)

де S, L, h_х -відповідно ширина, довжина, найбільша висота будинку

чи спорудження, що захищається, м;

n -середньорічна кількість ударів блискавки в 1 км² земної поверхні (питома щільність ударів блискавки в землю) у місці розташування будинку або споруди згідно з РД 34.21.122-87.

Дані питомої щільності ударів блискавки в землю наведені в табл. 1 додаток Г

Усі будинки та споруди за блискавкозахистом розділяють на три категорії залежно від значимості і технологічних особливостей об’єкта за ступенем пожежо- вибухонебезпечності (табл.2 додаток Г):

I категорія – будинки і споруди, віднесені до класів В-I і В-II. Це приміщення з виділенням газів, парів і пилу, які можуть утворювати вибухонебезпечні суміші з повітрям при нормальному перебігу технологічного процесу. Вибух у таких приміщеннях супроводжується, як правило, значними руйнуваннями. Тому блискавкозахист передбачається незалежно від середньої грозової діяльності і місця розташування об’єкта на території України. Будинки і споруди I категорії захищають відокремленими або ізольованими стрижневими чи тросовими блискавковідводами (зона А);

II категорія – будинки і споруди класів B-Ia, В-Іб, В-Іг, В-ІІа. До цієї категорії відносять приміщення, у яких вибухонебезпечні суміші утворюються при аваріях, а також зовнішні технологічні установки і склади класу В-I. Блискавкозахист здійснюється при грозовій діяльності 10 годин на рік і більше. На об'єктах II категорії блискавковідводи встановлюють безпосередньо на самому об'єкті. Крім того, може бути використана металева покрівля. При неметалевій покрівлі укладають сітчасті блискавковідводи. В обох випадках спуски від даху влаштовують через кожні 50–60 м по периметру будинку (при N>1─ зона А, при N<1 ─ зона Б, обчислювального центр ─ зона Б);

III категорія – будинки і споруди класів П-I, П-II, П-ІІа, П-III. Це приміщення, у яких містяться пальні тверді і рідкі речовини, пил, а також зовнішні технологічні установки і відкриті склади класу П-III, димарі, водонапірні вежи, вишки висотою більше 15 м, житлові і громадські будинки, дитячі установи, лікарні, кінотеатри. Блискавкозахист цих об'єктів передбачається в місцевостях з грозовою діяльністю 20 годин і більше на рік. Об'єкти III категорії захищають блискавковідводами будь-якого типу. Металева покрівля і сталеві ферми можуть бути використані як блискавко приймачі (0,1<N<2 ─ зона Б, N>2 ─ зона А).

Зона блискавкозахисту залежно від типу, кількості і взаємного розташування блискавковідводів може мати різноманітні геометричні форми. Зона захисту блискавковідводу – частина простору, усередині якого будинок чи споруда захищений від прямих ударів блискавки з визначеним ступенем надійності. Усередині цієї зони у свою чергу виділяють зону А зі ступенем надійності 99,5% і вище і зону Б зі ступенем надійності 95% і вище.

За конструкцією блискавковідводи поділяють на стрижневі, тросові і сітчасті

Блискавковідвід складається з опори, блискавкоприймача, струмовідводу і пристрою заземлювального. Струмовідводи виконують з металевих стрижнів перетином не менше 100 мм², що з'єднують зварюванням з блискавковкоприймачем з пристроями, що заземлюють, діаметром не менше 6 мм. Заземлювачі виконуються;

—заглиблені — зі стрічкової або круглої сталі, вкладені на дно котлованів
у вигляді протяжних елементів або контурів по периметру фундаментів на глибині не менше 0,6 0,8 м.

—вертикальні — загвинчені стрижні з круглої сталі (довжина 2—5 м,діаметр — 10—20 мм ) або забиті електроди з кутової сталі (довжина 2—3 м, кутник 40x40мм ); верхній кінець вертикального заземлювача повинен бути заглиблений від поверхні землі на 0,6—0,7 м;

— горизонтальні — з круглої або штабової сталі (перетином не менше 160 мм)довжиною від 2 до 40 м, які укладені горизонтально на глибині 0,6—0,8 мвід поверхні землі одним або кількома променями; ці заземлювачі використовуються і для зв'язку між собою електродів вертикальних заземлювачів;

— комбіновані — вертикальні та горизонтальні, об'єднані в загальну систему. Перелік елементів заземлювачів приймається: круглих — діаметром 10—20 мм, прямокутних — 150 мм² - (товщиною 4 мм ); з кутової сталі — 160 мм² (товщиною 4 мм ); зі стальних труб з товщиною стінки 3,5 мм.

Для будинків і споруд складної конфігурації S і L розглядаються як ширина і довжина найменшого прямокутника, у який може бути вписаний будинок або споруда в плані.

 

Вихідні дані до роботи

На рисунку 5.1 приведен ескіз взаємного розташування блискавковідводу і будівлі із зазначенням розмірів кордонів зон захисту на рівні землі й висоти будівлі. Необхідно знайти висоту одиночного стержневого блискавковідводу (h), радіус зони захисту () на рівні землі та висоту захисту над землею (h ₀)

Варіанти для розрахунку характеристик блискавковідводів для захисту будинків і споруд від прямих ударів блискавки наведено в табл. 5.1.

 

Таблиця 5.1 – Геометричні розміри будинків і споруд та їхнє призначення

Варі-ант	Призначення будинку (споруди)	Середньо- річна тривалість гроз, rод	Розміри будинків (споруд)
Довжина, L, м	Ширина S, м	Найбільша висота h x, м	Відстань між об’єктом і стержневим блискавковід-водом X, м
	Будинок складу лакофарбових матеріалів (ЛКМ)	20–40
	Будинок газо-розподільного пункту	60–80
	Ливарний цех	40–60
	Термічний цех	80–100			16,5
	Гальванічний цех	100 і більше

 

Продовження таблиці 5.1

	Механічний цех	10–20			13,5
	Будинок обчислю-вального центра	40–60
	Ковальсько-пресовий цех	20–40
	Будинок випробувальної станції енергетик-них установок	80–100			10,5
	Будинок підстанції	20–40			16,5
	Будинок для проведення фарбувальних робіт	60–80			14,5
	Будинок виготовлення вузлів і приладів радіоелектронного устаткування	20–40			10,5
	Будинок газо-розподільного пункту	20–40
	Ливарний цех	60–80
	Термічний цех	40–60
	Гальванічний цех	20–40
	Механічний цех	60–80
	Термічний цех	80–100			16,5

 

 

Продовження таблиці 5.1

	Гальванічний цех	20–40
	Будинок для проведення фарбувальних робіт	20–40			14,5
	Гальванічний цех	60–80
	Механічний цех	10–20
	Будинок обчислю-вального центра	40–60
	Ковальсько-пресовий цех	20–40
	Будинок випробувальної станції енергетик-них установок	20-40
	Будинок газо-розподільного пункту	60–80
	Ливарний цех	40–60
	Термічний цех	40-60			16,5
	Будинок газо-розподільного пункту	60–80