Категорирование взрывоопасных блоков

Категория взрывоопасности	Относительный энергетический потенциал (Qв)	Приведенная масса (m, кг)
I	> 37	> 5000
II	27 – 37	2000 – 5000
III	< 27	< 2000

210

Радиус зоны разрушения в общем виде определяется выражением, м:

R=K

1+

^{^w~}_m

3180 иW_m ш

1

,

где К – безразмерный коэффициент, соответствующий уровню воздейст­вия взрыва на объект (табл. 24).

Таблица 24

Безразмерный коэффициент к

Класс зоны	К	∆Р, кПа
1	3,8	> 100
2	5,6	70
3	9,6	28
4	28	14
5	56	< 2,0

Для выполнения практических расчетов радиусы зон могут опреде­лятся по формуле, м:

R = K ЧR₀ . При массе паров 5000 кг и менее, м:

R₀ =

1+

3,

^3/цг

3180 иW_m ш

1

.

При массе паров более 5000 кг, м:

Практическая работа № 4 молниезащита

Цель работы: в зависимости от месторасположения объекта, клас­сификации взрывопожароопасных зон по ПУЭ, среднегодовой продолжи­тельности гроз в часах определить зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов.

211

Общие сведения

Молниезащита включает комплекс мероприятий и устройств, пред­назначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний, разруше­ний, возможных при воздействии молнии.

При прямом ударе молнии происходит мгновенный нагрев конст­рукции, что может привести к ее разрушению.

В результате действия возникающего при ударе молнии электромаг­нитного поля возможны искрения и нагревание в местах с недостаточно полными контактами между металлическими элементами конструкции, что может привести также к загоранию или взрыву.

Для людей молния во всех случаях опасна поражением прямым ударом.

Молниезащита от прямых ударов молнии в наземные объекты осу­ществляется с помощью специальных устройств, называемых молниеотво­дами.

Молниеотвод – устройство, принимающее на себя удар молнии и отводящее ток молнии в землю.

В состав молниеотвода входят:

· молниеприемники, непосредственно воспринимающие удар молнии;

· опоры;

· токоотводы, по которым ток, возникающий при ударе молнии, передается на землю;

· заземлители, обеспечивающие растекание тока по земле.

Наиболее распространенные типы молниеотводов:

· стержневые (одиночные, двойные, многократные);

· тросовые (одиночные, двойные, многократные). Одиночный стержневой молниеотвод – это один вертикальный

молниеотвод, устанавливаемый на защищаемом сооружении или же в не­посредственной близости от него.

Двойной стержневой молниеотвод – два одиночных стержневых молниеотвода, совместно действующих и образующих общую зону защиты.

Одиночным тросовым молниеотводом называется устройство, обра­зуемое горизонтальным тросом, закрепленным на двух опорах, по каждой из которых прокладывается токоотвод, присоединяемый к отдельному за-землителю у основания.

Стержневые молниеотводы изготавливают из стали любой марки се­чением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм.

Тросовые молниеотводы изготавливают из стального многопрово­лочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм.

212

Опоры отдельно стоящих молниеотводов выполняются из стали лю­бой марки, железобетона или дерева.

Для соединения молниеприемника с заземлителем применяют токо-отводы из стали.

Проектирование и изготовление молниезащиты должно выполняться в соответствии с учетом норм и требований РД 34.21.122-87, которые рас­пространяются на новые, реконструируемые и расширяемые здания и со­оружения.

Нормами предусмотрено три уровня молниезащиты (категории устройства молниезащиты) – I, II, III.

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

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

N =

(S + 6Чh)Ч(L + 6Чh)-7,7Чh²

nЧ10-⁶;

для сосредоточенных зданий и сооружений (башен, вышек, дымовых труб) - по формуле:

где S, L - соответственно ширина и длина здания, м; h - наибольшая высо­та здания и сооружения, м; n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности в месте расположения здания или сооружения.

Среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз в часах следует принимать по табл. 26.

Таблица 26

Удельная плотность ударов молнии в землю в зависимости от грозовой активности

Среднегодовая продолжительность гроз, ч	Удельная плотность ударов молнии в землю, n, 1/км2∙год
10 – 20	1
20 – 40	2
40 – 60	4
60 – 80	5,5
80 – 100	7
100 и более	8,5

213

Здания и сооружения, отнесенные к I и II категориям молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных проявлений 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, надземные и металлические коммуникации.

Для зданий и сооружений, совмещающих в себе помещения I и II или I и III категорий молниезащиты, необходимо выполнять защиту по I категории.

Для зданий и сооружений, совмещающих помещения II и III катего­рии молниезащиты, необходимо выполнять защиту по II категории.

Молниезащита I категории от прямых ударов молнии должна выпол­няться отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами.

Молниезащита зданий и сооружений II категории от прямых ударов молнии должна выполняться отдельно стоящими или установленными на защищаемом объекте стержневыми или тросовыми молниеотводами. При установке отдельно стоящих молниеотводов расстояние от них по воздуху и земле до защищаемого объекта и входящих в него подземных коммуни­каций не нормируется.

На заданиях и сооружениях с металлической кровлей в качестве молниеприемника необходимо использовать кровлю, при этом все высту­пающие неметаллические элементы здания или сооружения должны быть оборудованы молниеприемниками, присоединенными к металлу кровли. При уклоне металлической кровли не более 1:8 может быть использована молниеприемная сетка. Шаг ячеек сетки не должен превышать 6×6 м.

Молниезащита от прямых ударов молнии объектов III категории вы­полняется так же, как молниезащита II категории. В этом случае при ис­пользовании молниезащитной сетки шаг ее ячеек может достигать 12×12 м.

Каждый молниеотвод имеет определенную зону защиты – часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено 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 зона защиты типа Б – 95 % и выше.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h ≤ 150 м представляет собой круговой конус. Вершина конуса находится на высоте h₀ ≤ h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r₀. Горизон­тальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_x пред­ставляет собой круг радиусом r_x (рис. 29).

214

Рис. 29. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 – защищаемый объект; 2 – место установки молниеотвода; 3 – граница зоны защиты на уровне h_x; 4 – граница зоны защиты на уровне земли

Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h ≤ 150 м имеют размеры, указанные в табл. 27.

Таблица 27

Размеры зон защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h ≤ 150 м

Зона А:	Зона Б:
h0 = 0,85Чh	h0 =0,92Чh
r0 = (1,1- 0,002 Чh)Чh	r0 =1,5Чh
rx = (1,1 - 0,002 Чh) Ч(h-hx/0,85)	rx=1,5× ( h-hx/0,92 )

Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при из­вестных h_x и r_x может быть определена по формуле:

h =

(r_x+1,63×h_x)

215

Размеры зоны защиты одиночного тросового молниеотвода опреде­ляются высотой троса h в середине пролета. При высоте опор h_оп и длине пролета a высоту троса определяют по формулам:

При a ≤ 120 м При 120 < а < 150 м

h= h_оп -2 h=h -3

Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода при а < 150 м имеют размеры, указанные в табл. 28.

Таблица 28

Размеры зон защиты одиночных стержневых молниеотводов при а < 150 м

Зона А:	Зона Б:
h0 = 0,85Ч h	h0 = 0,92Ч h
r0 = (1,35 - 0,0025Ч h) Ч h	r0 = 1,7 Ч h
rx =(1,35-0,0025Чh)Ч(h-hx/0,85)	rx=1,7Ч(h-hx/0,92)

(r_x +1,85Ч h_x ) 1,5

Для зоны Б высота одиночного тросового молниеотвода при извест-

ных h_x и r_x может быть определена по формуле: h=

Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой 150 < h < 600 м имеют размеры, указанные в табл. 29.

Размеры зон защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой 150 < h < 600 м

Таблица 29

Зона А

h₀ = й_л0,85 -1,7 Ч10^-3 Ч (h -150)щ_ы Ч h r₀ = й_л0,8 -1,8Ч10^-3 Ч (h -150)щ_ы Ч h

r_x = й_л0,8 -1,8Ч10^-3 Ч(h -150)щ_ы

h

0,85 -1,7 Ч10^-3 Ч(h -150) Ч h

Зона Б

h₀ = й_л0,92 - 0,8Ч10^-3 Ч (h -150)щ_ы Ч h r₀ = 225м

r_x =

225Чh_x

й_л0,92 - 0,8Ч10^-3 Ч (h -150)щ_ы Ч h

216

Пример расчета высоты отдельно стоящего стержневого мол­ниеотвода

Исходные данные для расчета:

Здание закрытой насосной бензина с размерами:

· длина L = 27 м;

· ширина S = 18 м;

· высота h = 6 м;

· расположение - г. Новополоцк.

При расчете использована «Инструкция по устройству молниеза-щиты зданий и сооружений» РД 34.21.122-87.

1. По карте среднегодовой продолжительности гроз находим, что интенсивность грозовой деятельности в Беларуси составляет 20 - 40 часов в год.

2. Определяем класс взрывоопасной зоны по ПУЭ для насосной. Образование взрывоопасных смесей в здании насосной возможно в случае аварии, перекачиваемый продукт относится к ЛВЖ. Следовательно, насос­ная по классификации ПУЭ относится к классу В-1а.

3. Зная среднюю продолжительность гроз в год и класс зон по ПУЭ, определяем категорию молниезащиты.

4. Из инструкции следует, что насосная относится ко II категории и должна быть защищена:

· от прямых ударов молнии;

· электростатической индукции;

· электромагнитной индукции;

· заноса высоких потенциалов в здание насосной.

5. Определяем требуемый тип зоны защиты насосной. При средней продолжительности гроз в год 20 - 40 часов среднегодовое число ударов молнии (n), приходящееся на 1 км² площади, равно 2. Ожидаемое число поражений молнией в течение года при отсутствии молниеотвода опреде­ ляем по формуле:

N

(S + 6Чh)Ч(L = 6Чh)-7,7Чh²

×nЧ10-⁶

6. В зависимости от N определяем зону защиты: при N > 1 – зона А, при N ≤ 1 – зона Б.

7. Определяем зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов при h ≤ 150 м.

8. Размеры зон защиты приведены в табл. 30.

217

Таблица 30

Размеры зон защиты одиночных стержневых молниеотводов

ЗОНА А	ЗОНА Б
h0 = 0,85Ч h	h0 = 0,92Ч h
r0 = (1,1- 0,002 Ч h) Ч h	r0 = 1,5Ч h
rx=(1,1-0,002Чh)Ч(h-hx/0,85)	rx=1,5Ч(h-hx0,92)

Здесь h – высота стержневого молниеотвода, м; h₀ – высота конуса защиты стержневого молниеотвода, м; h_x – высота защищаемого объекта, м; r_x – радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта, м; r₀ – радиус зоны защиты на уровне земли, м.

9. Определяем радиус r_x зоны защиты на высоте объекта, используя графический метод. Наносим в выбранном масштабе на лист бумаги план насосной (вид сверху). Выбираем и наносим на схему точку установки молниеотвода. Так как насосная относится ко II категории, расстояние ме­жду молниеотводом и защищаемым объектом не нормируется. Считая точ­ку установки молниеотвода центром окружности, описываем окружность такого радиуса, чтобы защищаемый объект вписался в нее.

10. Снимаем со схемы значение радиуса r_x (граница зоны защиты на уровне h_x).

11. Зная r_x и h_x, в зависимости от зон защиты определяем высоту мол­ниеотвода h, радиус зоны защиты на уровне земли r₀, высоту конуса защи­ты стержневого молниеотвода h₀.

Расчет:

1. Определяем ожидаемое число поражений молнией:

N = й_л(18 + 6 Ч6)Ч(27 + 6Ч6)- 7,7 Ч6²

Т.к. N ≤ 1, принимаем зону защиты типа Б. Для зоны защиты Б размеры:

2 Ч10^-6 = 0,006

h₀ = 0,92Чh r₀ = 1,5Ч h ;

r_x = 1,5Ч(h-h_x/0,92).

218

2. Определяем радиус r_x зоны защиты на высоте объекта, используя графический метод: r_х = 27,5 м.

3. Зная r_x и h_x , из выражения r_х = 1,5× (h -h_х/0,92) определяем вы­соту молниеотвода: h = 25 м.

4. Определяем оставшиеся размеры: h ₀ = 22,8 м; r₀ = 37,3 м.

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