3 Расчет и графическое построение зоны защиты молниеотводов

Зона защиты молниеотвода – это часть пространства, примыкающая к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности.

Различают зоны защиты двух типов- А и Б. Зона защиты А обладает степенью надежности 99,5% и выше, а зона защиты типа Б 95% и выше.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой Н≤150 м представляет собой круговой конус высотой h₀< Н в основании конуса круг радиусом r₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_х представляет собой круг радиусом r_х.

В таблице 2 приведены расчетные уравнения для различных типов молниеотводов.

1-граница зоны защиты на уровне h_x; 2-граница зоны защиты на уровне земли.

Рисунок 2-Зона защиты стержневого молниеотвода

Таблица 2 – Формулы для определения размеров зоны защиты

Тип защиты
А		Б
1 Одиночный стержневой молниеотвод высотой Н≤150 м (рисунок 2)
h0 Н =0,85 Н r0=(1,1-0,002) Н rх=(1,1-0,002) (Н-	h0=0,92Н; r0=1,5Н rх=1,5(Н- Н=0,667rх+1,09hх
2 Двойной стержневой молниеотвод высотой Н≤150м (рисунок 3)
при L≤ Н hс=h0; rсх=rх; rс=r при L> Н hс=h0-(0,17+3·10-4 Н) (L-Н) rсх= r0 rс=r0 Зона А существует при L≤ 3Н	при L=1,5 Н hс=hо; rсх=rх; rс=r0 при L>1,5 hс=h0-0,14 (L-1,5) rсх=r0 rс=r0 Зона Б существует при L≤1,5 Н Н=0,885hс+0,124L
3 Одиночный тросовый молниеотвод высотой Н≤150м (рисунок 4)
Н0=0,85 Н r0=(1,35-0,0025Н) Н	h0=0,92Н r0=1,7Н
rх=(1,35-0,0025 Н) (Н- )	rх=1,7(Н- Н=0,59rх+1,09hх

1-граница зоны защиты на уровне h_x1;2-граница зоны защиты на уровне h_x2; 3-граница зоны защиты на уровне земли.

Рисунок 3-Зона зашиты двойного стрежневого молниеотвода

1-граница зоны защиты на уровне h_x; 2-граница зоны защиты на уровне земли.

Рисунок 4-Зона зашиты одиночного тросового молниеотвода

4 Заземление молниеотводов

Величина импульсного сопротивления заземляющих устройств должна быть:

1 для молниезащиты I и II категории не более 10 Ом, но в грунтах с удельным сопротивлением более 500 Ом допускается увеличение до 40 Ом.

2 для молниезащиты III – не более 20 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением более 500 Ом – не более 40 Ом. Однако для конюшен и ферм крупного рогатого скота импульсное сопротивление каждого заземлителя не должно быть более 10 Ом.

Так как грозовой разряд происходит мгновенно, через молниеотвод проходит импульс электрического тока. Сопротивление заземлителя растеканию импульсного тока R_u связано с предельно допустимым сопротивлением R_~ растеканию тока промышленной частоты формулой

R_u=α·R_~ (2)

где α – импульсный коэффициент, зависящий от величины тока молнии, удельного сопротивления грунта и конструкции заземлителя.

Целесообразно применять лишь те заземлители, для которых α ≤1

Таблица 3- Значение импульсного коэффициента

ρ, Ом·м	до 100	100	500	1000	2000
α	0,9/0,9	0,7/0,9	0,5/0,7	0,3/05	-/0,35

Примечание: в числителе цифры для комбинированного заземлителя, в знаменателе – для вертикального.

Чтобы люди и животные не были поражены шаговым напряжением, заземлители молниезащиты рекомендуется располагать не ближе 5 м от дорог и пешеходных дорожек, от входов в здания, в редко посещаемых местах (газоны, кустарники). Токоотводы не должны проходить вблизи дверей или ворот животноводческих помещений.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Изучить природу линейной молнии и её опасность для людей, животных и сельскохозяйственных объектов.

5.2 По таблице 4 определить исходные параметры для расчета, записать их в тетрадь

Таблица 4 – Параметры защищаемых объектов

Индекс параметра	Наименование данных	Един. изм	Индексы вариантов
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
а	Длина, защищаемого объекта, L	м	40	36	58	64	18	90	120	100	20	80
б	Ширина объекта, S	м	12	8	12	24	8	20	12	24	12	20
а	Высота объекта, hх	м	8	8	12	11	5,0	6	16	8	9	10
а	Удельное сопротивление грунта	Ом·м	40	40	70	100	150	200	400	500	200	150
б	Среднегодовая продолжительность гроз	ч	20-40	40-60	10-20	60-80	40-60	80 -100	100 и более	60-80	20-40	40-60
б	Тип заземлителя		А*	А	Б*	В	А	Б	В	Б	Б	В

Примечание: Заземлитель А выполнен из вертикального круглого электрода, верхний конец которого находится на поверхности земли.

Б- тоже, но верхний конец заглублен на величину 0,5-0,7м от поверхности земли.

В- заземлитель выполнен из круглого электрода закопанного горизонтально на глубине 0,5-0,7 м.(брать длиной 10…15м)

Параметры определяются по шифру студента, индексам параметров и индексам вариантов. . Пишется шифр, а под его последними двумя цифрами буквенные индексы параметров. Например, для шифра 83145

аб

затем по буквенным индексам параметров определяется индекс вариантов.

5.3 Определить ожидаемое количество поражений молнией в год объекта по формуле 1 и по величине его выбрать тип зоны защиты.

Производственные здания и сооружения степеней огнестойкости II,IV,V без пожароопасных зон требуют молниезащиту категории III при N>2 здание должно входить в зону защиты типа А.

При наличии пожароопасных зон в зданиях со степенью огнестойкости III,IV или V, то молниезащита категории III с зоной защиты типа Б требуется при N>0,02, а с зоной типа А при N>2.

5.4 Вычертить контуры защищаемого объекта в плане.

5.5 Выбрать тип молниеотвода.

5.6 Определить r_х радиус защиты молниеотвода на высоте защищаемого объекта.

5.7 Определить высоту молниеотвода и параметры зоны защиты молниеотвода (смотри формулы в таблице 2).

5.8 Вычертить в масштабе контуры фасада (наиболее длинной части объекта) защищаемого объекта и контуры зоны защиты.

Если контуры объекта не выходят за границы зоны защиты, значит молниеотвод подобран и рассчитан правильно.

Если контуры объекта выходят за границы зоны защиты, то высоту молниеотвода нужно увеличить, а если контуры объекта вписываются в границы защиты с большим запасом, то высоту молниеотвода уменьшают и повторяют расчет.

5.9 Рассчитать заземлитель молниеотвода по формулам (смотри таблицу 5)

Таблица 5- Определение сопротивления типовых электродов

Тип заземлителя	Формула
А Б В	R= R= R=

где - ℓ - длина электрода (стержня), м;

d – диаметр, м

t= - расстояние от середины электрода до поверхности земли, м;

h_т – расстояние от поверхности земли до середины горизонтального электрода, м.