2.7. Рассчитать систему молниезащиты

Задание. Рассчитать систему молниезащиты здания. Исходные данные принимаем по табл.2.7.2.

Дано (вариант 1): ШиринаА=12 м; длинаL=24 м; высота зданияН=10 м; среднегодовое число ударов молний в 1км²земной поверхностиn=1; радиус зоны защиты на уровне высоты объектаr_х=20 м.

Решение. Рассмотрим, какую зону защиты образует стержневой отдельно стоящий молниеотвод (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 – граница зоны защиты на уровне высоты объекта; 2 – то же, на уровне земли;

h– высота молниеотвода;h₀– высота конуса защиты;H – высота защищаемого объекта;r_х– радиус зоны защиты на уровне высоты объекта;

r₀– радиус зоны защиты объекта на уровне земли

Как следует из рис. 2.4, зона защиты для данного молниеотвода представляет собой конус высотой h₀с радиусом основания на землеr₀. Обычно высота молниеотвода (h) не превышает 150 м. Остальные размеры зоны в зависимости от величины (h, м) приведены в табл. 2.7.1.

Таблица 2.7.1

Параметры зоны защиты для молниеотвода

Параметр, м	Величина параметра для зон
	А	Б
h0 r0 rx	0,85h 0,7h 0,7(h – H/0,85)	0,92h 1,15h 1,5(h – H/0,92)

Ожидаемое количество Nпоражений молнией в год зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой, вычисляют по формуле

N= (А+6H)(L+6H)n10^-6= (12+610)(24+610)110^-6 = 0,006 . (2.9)

Если величина N>1, то принимают зону защиты типа А (степень надежности защиты в этом случае составляет не менее 99,5 %). ПриN≤1 принимают зону защиты типа Б (степень надежности этой защиты — 95 % и выше).

Так как N= 0,0061, то зону следует выбирать типа Б.

Существуют также зависимости, позволяющие, задаваясь размерами защищаемого объекта (r_xиН), определить величинуh. Эта зависимость для зоны Б имеет вид

h = (r_x+1,63H)/1,5 . (2.10)

Высота одиночного молниеотвода

м .

Высота конуса зоны молниезащиты и радиус границы зоны защиты

h₀=0,92 h=0,9224,2=22,26 м (2.11)

r₀=1,15 h=1,1524,2=27,83 м (2.12)

Ответ: Границы зон защиты на высоте здания (r_х=20 м) и на уровне земли (r₀= 27,83 м) обеспечивают защиту здания от поражения молнией принятой системы молниезащиты.

Таблица 2.7.2

Исходные данные

№ вари-анта	Ширина А, м	Длина L, м	Высота здания Н, м	Среднегодовое число ударов молний n	Радиус зоны защиты rх, м
1	12	24	10	1	20
2	24	48	45	3	60
3	36	60	50	6	55
4	48	36	60	9	50
5	60	12	40	12	45
6	12	72	30	1	40
7	24	192	20	3	30
8	36	84	13	6	25
9	48	252	18	9	20
10	60	96	16	12	28

2.8. Рассчитать систему заземления

Задание. Рассчитать систему заземления по исходным данным, приведенным в табл.2.8.1).

Дано (вариант 1):=0,5 м;t=1,5 м;d=0,1 м;=20 Омм;R_доп=4,0 Ом; z=5,0 м; К_c=1,75.

Решение. Для вычисления сопротивления системы заземления в однородном грунте принимаем заземлитель – стержневой круглого сечения (трубчатый) в земле.

1. Определяем сопротивление одиночного заземлителя.

R=0,366=0,366 Ом . (2.13)

С учетом коэффициента сезонности определяется сопротивление заземлителя в наиболее тяжелых условиях

R¹=RК_c=15,171,75=26,55 Ом , (2.14)

где К_с – коэффициент сезонности (принимая в качестве расчетной наиболее неблагоприятную величину). К_c=1,75.

2. Определяем потребное количество заземлителей с учетом явления взаимного экранирования R_доп.=4 Ом:

n =7 шт. (2.15)

3. Рассчитаем сопротивление соединительной полосы

R_n=0,366 Ом

где b – ширина полосы, м; b=0,04 м; h – глубина заложения полосы, м; h=0,5 м.

4. Рассчитываем длину полосы в ряд =1,05z(n1).

=1,0556=29,60 м.

5. С учетом коэффициента сезонности определяется сопротивление полосы в наиболее тяжелых условиях

R¹_n=R_nК_с=5,561,75=9,73 Ом

6. Сопротивление заземления с учетом проводимости соединительной полосы определяется по формуле

R₃=,

где _ТР – коэффициент использования труб (табл. 2.8.2);

_п – коэффициент использования соединительной полосы (табл. 2.8.3).

Ответ: Система заземления включает 7 одиночных заземлителей, объединённых соединительной полосой. Сопротивление заземляющего контура составляет – 3,27 Ом.

Таблица 2.8.1

Исходные данные

№ варианта	, м	t, м	d, м	, Омм	Rдоп, Ом	z, м	Кc
1	0,5	1,5	0,1	20	4,0	5,0	1,75
2	0,5	1,5	0,1	26	4,0	5,0	1,75
3	0,5	1,5	0,1	32	4,0	5,0	1,75
4	0,5	1,5	0,1	38	4,0	5,0	1,75
5	0,6	1,5	0,1	44	4,0	5,0	1,75
6	0,6	1,5	0,1	50	4,0	5,0	1,75
7	0,6	1,5	0,1	56	4,0	5,0	1,75
8	0,7	1,5	0,1	63	4,0	5,0	1,75
9	0,7	1,5	0,1	69	4,0	5,0	1,75
10	0,7	1,5	0,1	75	4,0	5,0	1,75

Таблица 2.8.2

Коэффициент использования труб

Заземлители в ряд
Отношение расстояния между электродами к их длине	Число труб n	Коэффициент использования тр
1	2	0,84–0,87
2	2	0,90–0,92
3	2	0,98–0,95
1	3	0,76–0,80
2	3	0,85–0,88
3	3	0,9–0,92
1	5	0,67–0,72
2	5	0,79–0,88
3	5	0,85–0,88
1	10	0,56–0,62
2	10	0,71–0,77
3	10	0,79–0,83
1	15	0,51–0,56
2	15	0,66–0,73
3	15	0,76–0,80
1	20	0,47–0,50
2	20	0,65–0,70
3	20	0,74–0,79

Таблица 2.8.3

Коэффициенты использования соединительной полосы (_n)

Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине	Число вертикальных электродов в ряд
	2	4	6	10	20	40	60	100
1	0,85	0,77	0,72	0,62	0,42	–	–	–
2	0,94	0,80	0,84	0,75	0,56	–	–	–
3	0,96	0,92	0,88	0,82	0,68	–	–	–