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, hх-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 (h0)
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 hx, 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 |