Молниезащита практика

Расчет молниезащиты производственного здания.

Необходимо:

Определить тип зоны защиты молниеотвода в зависимости от интенсивности грозовой деятельности;

Выбрать конструкцию молниеотвода;

Рассчитать высоту молниеотвода.

Нарисовать эскиз молниезащиты здания предприятия.

Указания к решению.

Категория молниезащиты

Молниезащиты в РФ подразделятся на 3 категории в зависимости от тяжести последствий после попадания молнии в защищаемый объект. Молниезащиты I категории выполняется на особо опасных объектах, на которых велика вероятность возникновение пожаров и взрывов при попадании молнии, при этом токи молнии и напряжение, наведенные молнией не должны попасть на конструкции защищаемого объекта (газохранилища, нефтебазы, сахарные заводы и т.п.). Молниезащиты II категории выполняется на опасных объектах, на которых при попадании молнии возможно возгорания или нарушения режима роботы объекта или производств (подстанции, вычислительные центры, и т.п.). III категория молниезащиты выполняется на остальных объектах.

Место расположения молниеотвода.

Для категории молниезащиты I молниеотвод устанавливаются отдельно от защищаемых объектов, при этом сам молниеотвод и его заземлитель должны отстоять от защищаемых конструкции на расстоянии S_В по воздуху и S_З в земле, рис. 1.

Расстояния S_В определяется в зависимости от удельного сопротивления грунта ρ:

Для зданий высотой не более 30 м.

S_Bmin = 3 м, при ρ ≤ 100 Ом∙м,

S_Bmin = 4 м, при 0 ≤ ρ ≤ 1000 Ом∙м.

Расстояние S_Зmin = S_B+2 м.

Для молниезащиты II и III категории S_В и S_З не предусматриваются, молниеотводы могут устанавливаются непосредственно на защищаемый объект.

Рис. 1 – Расстояния от молниеотвода до защищаемого объекта

Тип зоны защиты молниеотвода.

При расчете молниеотводов принято две защитных зоны молниеотводов, А и Б. Зона А отличается от Б допущением применяемой кривой распределения защитной зоны молниеотвода. Защитная зона молниеотвода представляет пространства под поверхностью построенной вращениям в округ молниеотвода экспоненциальная кривой (кривая а, рис. 2). Для зоны А кривая представляет параболическую кривую (кривая б, рис. 2), для зоны Б кривая представляет прямую (в, рис.2). Расчет по упрощенным кривым упрощается но допускается некоторая вероятность возможности попадания молнии в защитную зону молниеотвода, для зоны А эта вероятность составляет ≤ 0,5%, для зоны Б ≤ 5%, это наглядно видно в верхней части рис.2 где представлено сечения защитной зоны по верхнему краю защищаемого объекта.

Рис. 2 – Защитные зоны молниеотвода.

а – экспоненциальная кривая; б – параболическая кривая; в – прямая; 1 – защищаемый объект; 2 – молниеотвод.

Для I категории, тип зоны защиты молниеотвода всегда А. Для II категории, тип зоны защиты молниеотвода зависит от интенсивности грозовой деятельности. При N ≤ 1 тип Б. При N > 1 тип А. Для III категории будем принимать тип Б.

Ожидаемое количество поражений защищаемого объекта в год.

Количество поражений защищаемого объекта молнией зависит от интенсивности грозовой деятельности в районе его расположение и его габаритов.

Подсчет ожидаемого количества N поражения объекта молнией в год определятся по формуле:

для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни):

. (1)

для зданий и сооружений прямоугольной формы:

, (2)

где h_х - наибольшая высота здания или сооружения;

a,b - соответственно ширена и длина здания или сооружения;

n - среднее число ударов молнии в 1 км земной поверхности табл. 1.

Таблица 1

Число ударов молнией в землю.

Средняя продолжительность гроз	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 боле	8,5

Конструкция молниеотвода.

Конструкцию молниеотвода выбирают в зависимости от габаритных размеров защищаемого объекта его высоты, формы, категории молниезащиты, типа защитной зоны. Для отдельно стоящих сооружений имеющих в плане квадратную, или круглую форму более рационально использовать одиночный молниеотвод, при протяжном защищаемом объекте (склады, и т.п.), рациональней использовать, несколько стержневых молниеотводов, так как одиночный молниеотвод будит нецелесообразно высокий. При не возможности расположить несколько молниеотводов в непосредственной близости от защищаемого объекта или на нем (цистерна с легко воспламеняемыми продуктами) рациональней использовать тросовый молниеотвод, но необходимо учесть что максимальная длина пролета тросового молниеотвода должна быть меньше 150 метров.

Расчет высоты молниеотвода.

Основной задачей расчета определение высоты молниеотвода h исходя из высоты, габаритов и расположения защищаемого объекта.

Рис. 3 – Защитная зона одиночного молнеотвода.

Для одиночного стержневого молниеотвода габаритные размеры определяются:

для защитной зоны типа А

, (3)

, (4)

, (5)

для защитной зоны типа Б

, (6)

, (7)

. (8)

Обозначение в формулах представлено на рис. 3.

Рис. 4 – Защитная зона двойного стержневого молниеотвода

Для двойного стержневого молниеотвода габаритные размеры защитной зоны определяются:

для зоны типа А

при L ≤ h

, (9)

, (10)

, (11)

при h < L 2h

, (12)

, (13)

, (14)

при 2h < L 4h

, (15)

, (16)

, (17)

для зоны типа Б

при L ≤ h

, (17)

, (18)

, (19)

при h < L 6h

, (20)

, (21)

. (22)

Обозначение в формулах представлено на рис. 4.

Остальные размеры молниеотвода определяется аналогично как для одиночного молниеотвода.

Рис.5 – защитная зона одиночного тросового молниеотвода

Для одиночного тросового молниеотвода:

зона типа А

, (23)

, (24)

, (25)

зона типа Б

, (26)

, (27)

, (28)

Обозначение в формулах представлено на рис. 5.

Для тросового молниеотвода h высота троса в середине пролета. Высота опор определяется

, при длине пролета L менее 120 метров,

при длине пролета L от 120 до 150 метров.

Рис. 6 – Расстояния от тороса до защищаемого объекта.

При расчете высоты тросового молниеотвода выполненного для молнии защиты I категории необходимо учесть расстояния от защищаемого объекта до троса в середине пролета S_B1 Рис. 6 при суммарной длине пролета до 200 метров

S_B1 = 3,5 м, при ρ ≤ 100 Ом∙м,

S_B1 = 4 м, при 0 ≤ ρ ≤ 1000 Ом∙м.

При суммарной длине 200÷300, расстояния S_B1 должно быть увеличено на 2 метра.

По результатам расчетов необходимо нарисовать эскиз молниеотвода с указанием основных размеров.

Литература

Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87/ Минэнерго СССР.-М.: Энергоатомиздат,1989.

Инженерные решения по охране труда в строительстве. Справочник строителя/ Под редакцией Г.Г.Орлова.-М.: Стройиздат,1985.

Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. СО 153-34.21.122-2003.

11