Методическое пособие 501

ГЛАВА 6 ПОЖАРООПАСНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ МОЛНИИ

Молниезащита — комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии.

Молния опасна из-за возможных прямых ударов и вторичного воздействия. Прямой удар молнии — наиболее опасный вид воздействия на здания и сооружения, сопровождающийся непосредственным контактом канала молнии с ними. В результате прямого удара молнии в здания и сооружения возможны пожары, взрывы, частичные разрушения деревянных, кирпичных, бетонных конструкций, поражения людей и животных.

Вторичное воздействие молнии опасно вследствие электростатической и электромагнитной индукции.

Электростатическая индукция — наведение потенциалов на наземных предметах в результате изменений электрического поля грозового облака, создающее опасность искрения между металлическими элементами конструкций и оборудования.

Электромагнитная индукция — наведение потенциалов в незамкнутых металлических контурах в результате быстрых изменений тока молнии, создающее опасность искрения в местах сближения этих контуров.

Занос высоких потенциалов — перенесение высоких электрических потенциалов в здания по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям, а также по проводам воздушных линий при прямых ударах молнии в них. Образующиеся искры от вторичного воздействия молнии могут быть причиной взрыва в помещениях с наличием взрывоопасных смесей.

6.1. МОЛНИЕОТВОДЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ЭЛЕМЕНТАМ

Молниеотводы предназначены для защиты зданий и сооружений от прямых ударов молнии. По конструкции молниеотводы бывают стержневые, тросовые и в виде сетки, которые можно устанавливать как на самих защищаемых зданиях, так и вблизи их. Молниеотводы бывают одиночными, двойными и многократными. Любой молниеотвод состоит из опоры, молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Опоры служат для крепления всех других элементов молниеотвода. Металлические опоры должны быть предохранены от коррозии, деревянные — от гниения. В качестве опор допускается использовать здания, сооружения и деревьев.

Молниеприемники предназначены для прямого восприятия удара молнии. От коррозии молниеприемники защищают оцинкованием, лужением или

51

окраской. Молниеприемниками могут служить также металлические конструкции защищаемых сооружений: дымовые, выхлопные трубы, дефлекторы, кровля, сетка и другие конструкции. Заземлители служат для отвода тока молнии в землю. По расположению в грунте и по форме электродов заземлители разделяют на углубленные, вертикальные, горизонтальные, комбинированные. Конструкции заземлителей выбирают в зависимости от требуемого импульсного сопротивления с учетом удельного сопротивления грунта и удобства ведения работ по их укладке.

Защитные свойства молниеотводов характеризуются зоной защиты. Зона защиты — это часть пространства, примыкающая к молниеотводу, внутри которого здание, сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты молниеотводов зависит от их типа, количества, высоты и взаимного расположения. Здание (сооружение) считается защищенным от прямых ударов молнии, если все его элементы находятся внутри зоны защиты.

6.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПО МОЛНИЕЗАЩИТНЫМ МЕРОПРИЯТИЯМ

В зависимости от необходимых мер по молниезащите все здания и сооружения делят на три категории:

к I категории относятся производственные здания с взрывоопасными зонами класса B-I и В- II;

ко II категории относятся производственные здания с взрывоопасными зонами класса B-Ia, B-I6, В-Iiа;

к III категории относятся здания с пожароопасными зонами П-1, П-II, П-IIа и наружные установки класса П-III.

Здания и сооружения молниезащиты I категории защищают от прямых ударов молнии, от электрической и электромагнитной индукций и от заноса высоких потенциалов через надземные и подземные коммуникации. От прямых ударов молнии защита зданий и сооружений I категории выполняется, как правило, отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами, которые должны обеспечить зону защиты типа А.

Здания, сооружения молниезащиты II категории защищают от прямых ударов молнии, от электростатической и электромагнитной индукции и от заноса высоких потенциалов.

От прямых ударов молнии защиту выполняют одним из следующих способов:

а) отдельно стоящими или установленными на зданиях неизолированными молниепроводами, обеспечивающими соответствующий тип зоны защиты;

б) путем наложения молниеприемной сетки на неметаллическую кровлю или использования в качестве молниеприемника металлической кровли.

52

Здания молниезащиты II категории от электростатической индукции защищают присоединением всего оборудования и аппаратов к защитному заземлению электрооборудования.

Здания и сооружения молниезащиты III категории защищают только от прямых ударов молнии и от заноса высоких потенциалов. От прямых ударов молнии здания и сооружения III категории следует защищать такими же способами, как и здания, сооружения II категории, но молниеприемная сетка может иметь ячейки до 150 м2 (12×12; 6×24).

Молниезащитные устройства следует выполнять одновременно при строительстве или реконструкции зданий. При строительстве в грозовой период высоких зданий рекомендуется предусматривать начиная с высоты 20 м и выше временные молниезащитные устройства. После завершения строительства временные устройства молниезащиты заменяют постоянными.

Все молниезащитные устройства должны быть приняты и введены в эксплуатацию до окончания строительства, а в зданиях со взрывоопасными производствами — до начала комплексного опробования технологического оборудования, установленного в них. Сдачу и прием в эксплуатацию молниезащитных устройств оформляют актом. В процессе эксплуатации молниезащитные устройства необходимо периодически проверять (наряду с их текущим ремонтом).

Зона защиты молниеотвода — это часть пространства, внутри которого здание (сооружение) защищено от прямых ударов молний с определенной степенью надежности. Наименьшей и постоянной по величине степенью надежности обладает поверхность зоны защиты. По мере продвижения внутрь надежность увеличивается. Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99,5 %, зона защиты типа Б — 95 % и выше. Защищенность здания при данном типе зоны определяется расчетом.

6.3. ОЦЕНКА ГАБАРИТОВ ЗОН ЗАЩИТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ

Зона защиты одиночных стержневых молниеотводов (высотой h ≤ 150 м) имеют следующие габариты.

где h — высота молниеотвода; hx — высота защитного уровня; h0 — вершина конуса зоны защиты (h0 < h); r0 — радиус зоны защиты на уровне земли; rx — радиус зоны защиты на высоте hx.

53

Для зоны типа Б при известных величинах hx и rx

Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой 150 м < h < < 600 м имеют следующие габариты.

Зона типа А: h0=(0,85-1,7·10-3(h –150)) h, r0=(0,8-1,8·10-3(h-150)) h,

Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода высотой h ≤ 150 м. Зона типа А (выполняется при L ≤ 4h):

Зона типа Б (выполняется при L≤ 6h):

Для зоны типа Б при известных величинах hс и L (при rcx=0) высота молниеотвода определяется по формуле

h hc 0,14L .

1,06

Зоны защиты двух стержневых молниеотводов (h1 и h2 ≤ 150 м) разной высоты определяются с учетом того, что торцовые области этой зоны защиты

54

рассматриваются как зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов соответствующей высоты:

h01, h02, r01, r02, rх1, rх2 вычисляются по формулам (8)-(13); rс, hс, rсх – определяются по формулам

Зона защиты многократного стержневого молниеотвода определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой h ≤ 150 м. Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой hx с надежностью, соответствующей зонам А и Б, является выполнение условия rсх > 0 для всех попарно взятых молниеотводов. Значение rсх для обоих типов зоны защиты определяется по формуле (15).

Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ≤ 150 м имеют следующие габариты:

Зона типа А: h0= 0,85h, r0=(1,35-0,0025h) h,

где h — высота троса в середине пролета; h = hоп-2 при длине пролета а ≤ 120 м; h = hоп-3 при длине пролета 120 < а < 150 м.

Зона типа Б: h0= 0,92h, r0= 1,7h,

Для зоны типа Б при известных hх и rх высота молниеотвода равна

Ожидаемое количество поражений молнией (в год) зданий и сооружений N прямоугольной формы, не оборудованных молниезащитой, определяется по формуле

где S и L — соответственно ширина и длина защищаемого здания (сооружения), м; hx — наибольшая высота здания (сооружения), м; n — среднее число

55

ударов молнии в 1 км2 земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю) в месте расположения здания; значения n при среднегодовой продолжительности гроз в часах приведены в табл. 6.1.

6.4. МОЛНИЕЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ: МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Дать рекомендации по необходимой высоте отдельного № 1 стоящего стержневого молниеотвода для защиты зданий

газораспределительного пункта природного газа.

Схема решения задачи следующая:

1.Определяем категорию здания газораспределительного пункта. Так как класс зоны по ПУЭ В-Iа, то категория здания II.

2.Определяем тип зоны защиты по формуле (16). Если N>1, то зона типа А, а при N≤1 — зона типа Б.

3.Радиус зоны защиты определяем по формуле

где Sв — расстояние от защиты здания до стержня, м.

4. Необходимую высоту молниеотвода определяем по формуле (14), округляем до целого числа в большую сторону.

В а р и а н т ы з а д а н и я

56

1.Согласно ПУЭ здание насосной с сырой нефтью относится к зоне класса В-Iа, следовательно, по молниезащитным устройствам здание должно быть II категории.

2.Тип зоны молниеотвода определяем в зависимости от значения N по формуле (57).

3.Необходимая высота молниеотвода определяется подбором при условии, что S/2 ≤ rcх. Примем h = 2hx+1.

4.По формулам зоны защиты двойного стержневого молниеотвода оп-

ределяем r0, hc, h0 и rcx. Если на защитном уровне (hx) rcx> S/2, то высота молниеотвода подобрана правильно.

В а р и а н т ы з а д а н и я

57

58

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА: ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТЕОУСЛОВИЙ В ПОМЕЩЕНИИ

И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВЛЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Цель работы

Определить параметры микроклимата в помещении и дать оценку возможности использования установленного электрооборудования.

Ход работы

1.Определяем геометрические размеры помещения, его площадь и объем (зарисовываем план помещения со строительными размерами, определяем размеры окон и дверей).

2.Определяем технологический процесс в помещении (описываем назначение помещения, определяем вредности, выделяющиеся в помещении, зарисовываем план помещения со схематичным расположением оборудования, проставляем размеры оборудования и расстояния между ними, стрелочками показываем пути эвакуации из наиболее удаленных мест, определяем максимальное количество людей в помещении):

теплопоступления от людей, Вт:

Qл Nqл ,

где N — количество человек, qл — теплота от одного человека, Вт (100 Вт);

количество влаги, поступающей в помещении от людей, кг/ч:

W N wл 10 3 ,

где wл — количество влаги, выделяемое 1 человеком, г/ч (50 г/ч);

количество углекислого газа, поступающего в помещение от людей, л/ч:

Gсо2 Nqсо2 ,

где qсо2 — количество двуокиси углерода, выделяемое 1 человеком, л/ч (23 л/ч).

3. Производим замеры микроклимата в помещении и делаем вывод о характере среды в помещении.

Для измерения температуры воздуха применяют жидкостные термометры с ценой деления не более 0,2 0С и термопары. При измерении температуры воздуха жидкостными термометрами необходимо защищать резервуар с жидкостью от источников лучистого тепла. Показания термометров следует записывать после того, как полностью прекратится изменение уровня жидкости в капилляре.

Для измерения относительной влажности используют психрометр Ассмана, который состоит из двух одинаковых ртутных термометров, закрепленных в

59

металлической оправе и имеющих в верхней части вентилятор с заводным механизмом, обеспечивающим обтекание ртутных баллончиков воздухом со скоростью около 2 м/с. Для защиты от механических повреждений и теплового излучения баллончики помещены в двойную защиту из никелированных трубок. Баллончик одного из термометров обернут батистом, смоченным водой.

При измерении влажности воздуха механизм привода вентилятора заводится до отказа, и прибор помещают в испытуемое место в вертикальном положении. Отчет показаний термометров производится по истечении 5 минут работы вентилятора. Барометрическое давление измеряют барометром.

Результаты замеров сводим в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Протокол определения температуры и относительной влажности воздуха помещения

Психометрический коэффициент определяем по формуле

А 0,00001 6,75 / v ,

где v — скорость воздуха, обтекающего чувствительные элементы, м/с. Давление насыщенного пара, Па, определяем при температуре сухого и

мокрого термометра по формуле

Относительную влажность определяем по формуле

Рнп( tм ) АРб ( tс tм ) 100 / Рнп( tс ).

4. Даем характеристику электрооборудования, установленного в помещении.

Вывод по лабораторной работе.

60