• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Побудова зони блискавкозахисту

Природне явище виникнення атмосферної електрики і пов’язаного з ним утворення іскрових розрядів-блискавок є небезпечним для техно- та біосфер. При ураженні наземних об’єктів блискавка може спричинити загибель людей і тварин, пошкодження і руйнування будинків і споруд, призвести до вибухів та пожеж.

Удар блискавки в землю – це електричний розряд атмосферного походження між грозовою хмарою і землею, що складається з одного або декількох імпульсів струму. Блискавка становить собою електричний розряд в повітрі довжиною в декілька кілометрів. Цей розряд відбувається між хмарами або між хмарою і землею чи наземною спорудою. Починається процес розвитку блискавки з утворення і ступеневого просування іскрового розряду-лідера. Довжина ступеня лідера сотні метрів, паузи між ступенями 50 – 100 мкс. Коли голівка лідера наблизиться до землі, від землі до хмари по іонізованому каналу відбувається головний розряд. Струм цього розряду може досягати 100 кА і більше. При одному ударі блискавки часто спостерігається декілька (іноді до 20) розрядів з паузами 0,01 – 0,05 с. Повторні розряди можна спостерігати як «миготіння» блискавки.

Впливи блискавки на техно- та біосферу прийнято поділяти на дві основні групи:

ü первинні, що викликані прямими потрапляннями блискавки;

ü вторинні, індуковані близьким її розрядом або занесені в об’єкт подовженими металевими комунікаціями.

Небезпека прямого потрапляння і вторинних впливів для приміщень і споруд, а також людей і тварин, що знаходяться в них, визначається, з одного боку, параметрами розряду блискавки, а з другого – технологічними і конструктивними характеристиками об’єкта (наявністю вибухо- або пожежонебезпечних зон, вогнестійкістю будівельних конструкцій, а також розташуванням і розмірами комунікацій, що підводяться до будинків і споруд, їх розводкою всередині об’єкта тощо).

Прямий удар блискавки (ПУБ) – це безпосередній контакт каналу блискавки з об’єктом (будівлею або спорудою), що супроводжується протіканням через нього струму блискавки.

Прямий удар блискавки може мати наступний вплив на об’єкт:

l електричний – пов'язаний з ураженням людей і тварин електричним струмом і з виникненням перенапруг на елементах, які уражені блискавкою і по яких її струм відводиться в землю. При відсутності блискавкозахисту шляхи розтікання струму блискавки неконтрольовані, і її удар може створити небезпеку ураження струмом, небезпечні напруги кроку і дотику, перекриття на інші об’єкти;

l термічний – пов'язаний з різким виділенням тепла на шляхах протікання струму через уражений об’єкт. Енергія, що виділяється в каналі блискавки, визначається зарядом, який переноситься, тривалістю спалаху і амплітудою струму блискавки. У 95% випадків розрядів блискавки ця енергія (з розрахунку на опір 1 Ом) перевищує 5,5 Дж, що на 2-3 порядки перевищує мінімальну енергію спалаху більшості газо-, паро- і пило- повітряних сумішей, які використовуються в промисловості. Отже, в таких середовищах контакт з каналом блискавки завжди створює небезпеку загоряння або вибуху. Це також відноситься до випадків пропалювання каналом блискавки корпусів вибухонебезпечних зовнішніх установок. При протіканні струму блискавки по тонких провідниках утворюється небезпека їх розтоплення і розриву;

l механічні – зумовлені ударною хвилею, що розповсюджується від каналу блискавки, і електродинамічними силами, які діють на провідниках зі струмами блискавки. Контакт з каналом блискавки може спричинити різке паро- або газоутворення в деяких матеріалах з наступним їх механічним руйнуванням. Дерев’яні конструкції можуть бути повністю зруйновані, а цегляні труби та інші наземні споруди з каміння або цегли можуть мати значні пошкодження. При ударах блискавки в залізобетонні опори трапляються випадки сколу бетону, можливе утворення отворів і деформація сталевих арматур після удару блискавки в залізобетонні плити. Значна енергія, що виділяється в каналі розряду, може спричинити руйнування, які призведуть або до зниження механічної міцності бетону, або до деформації конструкції. Електродинамічні сили можуть, наприклад, призвести до сплющення тонких металевих трубок.

До вторинних проявів блискавки відносять явища, що виникають поблизу розряду блискавки і викликані дією електромагнітного поля, що індукується навколо каналу блискавки. Таке поле поділяють на дві складові: електромагнітну та електростатичну, а відповідні дії – на електромагнітну та електростатичну індукцію.

Електромагнітна індукція пов’язана з утворенням в металевих контурах електрорушійної сили (ЕРС), що пропорційна крутизні струму блискавки і площі, що охоплюється контуром. Комунікації в виробничих будинках можуть утворювати контури, що охоплюють великі площі, і наведені ЕРС в них можуть сягати десятків кіловольт. У місцях наближення металевих конструкцій або розривів незамкнених контурів створюється небезпека перекриттів та іскріння з можливим розсіюванням енергії до десятих часток Джоуля.

Електростатична індукція проявляється у вигляді перенапруг, які утворюються на металевих конструкціях об’єкта, а їх величина залежить від струму блискавки та віддаленості від місця удару і опору заземлювача. При відсутності необхідного заземлювача перенапруги можуть досягати сотень кіловольт і утворювати небезпеку ураження людей і перекриттів між різними частинами об’єкта.

Ще одним видом небезпечного впливу блискавки є занесення високого потенціалу комунікаціями, які знаходяться в приміщеннях (проводи повітряних ліній електропередачі, кабелі, трубопроводи). Він являє собою перенапругу, яка утворюється на комунікації при прямих або наближених потрапляннях блискавки, яка розповсюджується у вигляді хвилі, що набігає на об’єкт. Небезпека створюється за рахунок можливих перекриттів з комунікацій на заземлені частини об’єкта. Підземні комунікації також представляють небезпеку, тому, що вони можуть сприйняти на себе частину струму блискавки, що розповсюджується у землі, і занести її на об’єкт.

Мінімізувати негативні наслідки грозової діяльності дозволяє правильно організований комплекс заходів улаштування блискавкозахисту.

Блискавкозахист – це комплекс заходів, спрямованих на запобігання прямого удару блискавки в об’єкт або на усунення небезпечних наслідків, пов’язаних з прямим її ударом. До такого комплексу відносяться також засоби захисту, що оберігають об’єкт від вторинних впливів блискавки і занесення високого потенціалу.

Параметрами, що характеризують блискавкозахист, є його надійність та рівень.

Надійність захисту від ПУБ (Рз) визначається, як

, (18.1)

де Р_ПУБ – імовірність ПУБ в об’єкт, який захищається блискавковідводами з стрижньовими або тросовими блискавкоприймачами.

Рівень блискавкозахисту (РБЗ) – це число (номер), яке пов’язане із заздалегідь встановленими параметрами струму блискавки та імовірністю того, що ці взаємопов’язані максимальні і мінімальні параметри не будуть перевищувати природних параметрів струмів блискавки.

Нормативними документами передбачено чотири рівні блискавкозахисту (І, ІІ, ІІІ, ІV). Для кожного РБЗ встановлені максимальні (табл. 18.1 ÷ 18.4) і мінімальні (табл. 18.5) фіксовані параметри струму блискавки. Імовірність того, що встановлені параметри струмів блискавки будуть відповідати параметрам природної блискавки, наведені в табл.18.6.

Таблиця 18.1 — Параметри першого імпульсу струму блискавки

Таблиця 18.2 — Параметри наступного імпульсу струму блискавки

Таблиця 18.3 — Параметри тривалого струму блискавки в інтервалах між імпульсами

* Q_трив — заряд, обумовлений тривалим протіканням струму в період між двома імпульсами струму блискавки.

Таблиця 18.4 — Параметри повного розряду блискавки

Таблиця 18.5 — Мінімальні параметри струму блискавки і радіуси фіктивної сфери для прийнятих РБЗ

Таблиця 18.6 — Ймовірність того, що прийняті параметри струму блискавки будуть відповідати параметрам природних блискавок

Система блискавкозахисту будівель або споруд включає захист від ПУБ — зовнішня блискавкозахисна система (БЗС) і захист від вторинних дій блискавки — внутрішня БЗС. В окремих випадках блискавкозахист може містити тільки зовнішню БЗС або тільки внутрішню БЗС. У загальному випадку частина струмів блискавки протікає по елементах системи внутрішнього блискавкозахисту.

Зовнішня БЗС може бути відокремленою (ізольованою) від споруди (блискавковідводи, що стоять окремо— стрижньові або тросові, а також сусідні споруди, що виконують функції природних блискавковідводів) або встановленою на об’єкті, що захищається, і навіть може бути його частиною.

Захист від ПУБ спеціальних об’єктів, у нормальних технологічних режимах яких можуть знаходитися і утворюватися вибухонебезпечні концентрації газів (парів, пилу, волокна тощо), повинен виконуватися блискавковідводами, що стоять окремо. Віддаленість блискавковідводів, що стоять окремо від об’єкта, який захищається, і підземних металевих комунікацій, визначається галузевими нормативними документами.

За наявності на будівлях і спорудах спеціальних об’єктів прямих газовідвідних і дихальних труб для вільного відведення в атмосферу газів, пари і суспензій вибухонебезпечної концентрації в зону захисту блискавковідводів повинен входити простір над обрізом труб, обмежений півкулею радіусом 5 м.

Надійність захисту від ПУБ (Р_з) у контрольній роботі слід приймати:

ü 0,99 ÷ 0,999 – для об’єктів І РБЗ ;

ü 0,95 ÷ 0,99 – для об’єктів ІІ РБЗ ;

ü 0,9 ÷ 0,95 – для об’єктів ІІІ РБЗ ;

ü не нижче ніж 0,85 – для об’єктів ІV РБЗ.

Мета розрахунку – розгляд улаштування захисту об’єктів і споруд від прямих ударів блискавки, розрахунок блискавкозахисту об’єкта.

Порядок розрахунку.

18.1. Визначення інтенсивності грозової діяльності (середньорічної тривалості гроз, год.); щільності ударів блискавки на 1 км² земної поверхні за рік — n, 1/(км²∙рік); очікуваної кількості ударів в об’єкт протягом року — N.

Одним з визначальних чинників є рівень грозової активності в місці розташування споруди. Формування грозової хмарності і, як наслідок, грозова активність залежить від кліматичних умов і рельєфу місцевості. Тому грозова активність над різними ділянками земної поверхні неоднакова. Інтенсивність грозової діяльності визначається за картою тривалості гроз для території України (за рік у годинах), наведеною на рис. 18.1.

Рис. 18.1. Карта середньої тривалості гроз за рік у годинах для території України

Очікувана кількість уражень об’єкта блискавкою за рік N визначається за наступними формулами:

u для зосереджених споруд (димові труби, вежі, башти тощо):

; (18.2)

u для будівель і споруд прямокутної форми:

; (18.3)

u для протяжного об’єкта довжиною L (лінії електропередавання, зв’язку тощо):

, (18.4)

де – найбільша висота об’єкта, м,

L_x – довжина об’єкта, м,

S_x – ширина об’єкта, м,

n – щільність ударів блискавки на 1 км² земної поверхні за рік, визначається за даними метеорологічних спостережень в місці розташування об’єкта, 1/км² рік.

Щільність ударів блискавки на 1 км² земної поверхні за рік n може бути приблизно розраховано за формулою:

, (18.5)

де Т_гр - середня тривалість гроз у годинах, визначена за картою середньої тривалості гроз за рік у годинах для території України (рис. 18.1).

Для будівель і споруд складної конфігурації в якості ширини S та довжини L розглядається ширина і довжина найменшого прямокутника, в який може бути вписана будівля або споруда в плані.

18.2. Визначення рівня необхідного блискавкозахисту об’єкта.

Залежно від типу об’єкта, що захищається, та параметрів, що характеризують грозову активність у районі його розташування, по табл. 18.7 визначають рівень необхідного блискавкозахисту.

18.3. Вибір типу блискавковідводів, розрахунок зон блискавкозахисту з нанесенням їх на схему.

Блискавковідвід – це пристрій, який сприймає удар блискавки і відводить її струм в землю.

Блискавковідвід складається з опори; на якій розташований блискавкоприймач, що безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідводу, по якому струм блискавки передається в землю; заземлювача, який забезпечує розтікання струму блискавки в землі.

Захисна дія блискавковідводу ґрунтується на явищі вибіркового ураження блискавкою високих об’єктів. Висота над поверхнею землі, при якій лідер починає орієнтуватись за напрямком до найбільш високого наземного об’єкта, називається висотою орієнтування блискавки. Якщо лідер знаходиться на висоті орієнтування в точці, що розташована неподалік від блискавкоприймача, то розряд влучить саме у нього. Блискавковідвід таким чином «збирає» на себе блискавки з певної площі неба. При цьому простір навколо нього майже не уражається (тобто, стає захищеним). Цей простір називається зоною захисту блискавковідводу.

Зона захисту блискавковідводу – це простір, усередині якого будівельна конструкція захищена від ПУБ з надійністю не нижче визначеного значення.

Вибір типу і висоти блискавковідводів провадиться, виходячи із значень необхідної надійності Р_з. Об'єкт вважається захищеним, якщо сукупність всіх його блискавковідводів забезпечує надійність захисту не менше P_з.

Блискавкозахист об’єктів може здійснюватись одним або декількома блискавковідводами. У разі використання декількох, за рахунок їхньої взаємодії, утворюється спільна зона захисту. Блискавковідводи можуть виконуватись як конструкції, що стоять окремо, або встановлюватись на будівлях чи спорудах.

Порядок розрахунку зон захисту блискавковідводів наступний.

Таблиця 18.7 — Визначення рівня необхідного блискавкозахисту об’єкта

Продовження таблиці 18.7

Продовження таблиці 18.7

Продовження таблиці 18.7

Продовження таблиці 18.7

18.3.1. Розрахунок зони захисту одиночного стержньового блискавковідводу.

Стандартною зоною захисту одиничного стержньового блискавковідводу заввишки h є круговий конус заввишки h_о < h, вершина якого збігається з вертикальною віссю блискавковідводу (рис. 18.2). Габарити зони визначаються двома параметрами: висотою конуса h_о і радіусом конуса на рівні землі r_о.

Рис. 18.2. Зона захисту одиночного стержньового блискавковідводу

На рис. 18.2 показані:

h — висота блискавковідводу;

h_{о —} висота конуса;

r_о - радіус конуса;

r_х — радіус горизонтального перерізу на висоті h_{x .}

Формули для розрахунку параметрів зони захисту одиночного стержньового блискавковідводу, показаних на рис. 18.2, наведені у табл. 18.8.

Для зони захисту необхідної надійності одиничного стрижньового блискавковідводу радіус горизонтального перерізу r_х на висоті h_x визначається за формулою:

(18.6)

Таблиця 18.8 — Формули для розрахунку параметрів зони захисту одиночного стержньового блискавковідводу

18.3.2. Розрахунок зони захисту одиночного тросового блискавковідводу.

Стандартні зони захисту одиничного тросового блискавковідводу заввишки h, обмежені симетричними двосхилими поверхнями, що створюють у вертикальному перерізі рівнобедрений трикутник з вершиною на висоті h_о < h і основою на рівні землі 2r_о (рис. 18.3).

Рис. 18.3. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу

На рис. 18.3 показані:

h – мінімальна висота тросу над рівнем землі;

h_{о —} висота конуса;

r_о — радіус конуса;

r_x — півширина зони захисту на висоті h_х від поверхні землі;

L — відстань між точками підвісу тросів.

Формули для розрахунку параметрів зони захисту одиночного тросового блискавковідводу, показаних на рис. 18.3, наведені у табл. 18.9.

Таблиця 18.9 — Формули для розрахунку параметрів зони захисту одиночного тросового блискавковідводу

Півширина r_x зони захисту необхідної надійності одиничного тросового блискавковідводу на висоті h_х від поверхні землі визначається за формулою (18.6).

18.3.3. Розрахунок зони захисту подвійного стержньового блискавковідводу.

Блискавковідвід вважається подвійним, коли відстань між стержньовими блискавкоприймачами L не перевищує граничної величини L_max. В іншому випадку обидва блискавковідводи розглядаються як одиничні.

Конфігурація вертикальних і горизонтальних перерізів стандартних зон захисту подвійного стержньового блискавковідводу (заввишки h і відстанню L між блискавковідводами) надана на рис. 18.4.

Рис. 18.4. Зона захисту одиночного подвійного стержньового блискавковідводу

На рис. 18.4 показані:

L – відстань між блискавковідводами;

h – висота блискавковідводу;

h_о – максимальна висота зони захисту безпосередньо біля блискавковідводу;

r_о – радіус конуса;

r_х – максимальна півширина зони в горизонтальному перерізі на висоті h_{x; ;}

h_с – мінімальна висота зони захисту посередині між блискавковідводами;

r_сх – ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами.

Побудова зовнішніх областей зон подвійного блискавковідводу (напівконусів з габаритами h_о, r_о) виконується за формулами табл. 18.8 для одиничних стержньових блискавковідводів. Розміри внутрішніх областей визначаються параметрами h_o і h_с, перший з яких задає максимальну висоту зони безпосередньо біля блискавковідводів, а другий — мінімальну висоту зони посередині між блискавковідводами. При відстані між блискавковідводами L ≤ L_c межа зони не має провисання (h_c = h_о). Для відстаней L_с≤ L ≤ L_max висота h_с визначається за формулою

(18.7)

Граничні відстані L_max і L_c обчислюються за емпіричними формулами табл. 18.10, придатними для блискавковідводів висотою до 150 м.

Таблиця 18.10 — Формули для розрахунку параметрів зони захисту подвійного стержньового блискавковідводу

Продовження таблиці 18.10

Розміри горизонтальних перерізів зони обчислюються за наступними формулами, загальними для всіх рівнів надійності захисту:

ü максимальна півширина зони r_х вгоризонтальному перетині на висоті h_x обчислюється за формулою (18.6);

_ü довжина горизонтального перерізу l_x

на висоті h_x ≥ h_c за формулою:

(18.8)

при h_x < h_cза формулою:

; (18.9)

ü ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами 2r_сх на висоті h_x ≤ h_c розраховується за формулою:

. (18.10)

18.3.4. Розрахунок зони захисту подвійного тросового блискавковідводу.

Блискавковідвід вважається подвійним, коли відстань між тросами L не перевищує граничної величини L_max. В іншому випадку обидва блискавковідводи розглядаються як одиничні.

Конфігурація вертикальних і горизонтальних перерізів стандартних зон захисту подвійного тросового блискавковідводу (заввишки h і відстанню між тросами L) надана на рис. 18.5.

Рис. 18.5. Зона захисту подвійного тросового блискавковідводу

На рис. 18.5 показані:

L — відстань між тросами;

h — мінімальна висота тросу над рівнем землі;

h_о — максимальна висота зони захисту безпосередньо біля тросів;

r_о — радіус конуса на рівні землі;

h_с — мінімальна висота зони захисту посередині між тросами.

Побудова зовнішніх областей зон (двох односхилих поверхонь з габаритами h_о, r_о) виконується за формулами табл. 8.9 для одиничних тросових блискавковідводів.

Розміри внутрішніх областей визначаються параметрами h_о і h_{с ,} перший з яких задає максимальну висоту зони безпосередньо біля тросів, а другий — мінімальну висоту зони посередині між тросами. При відстані між тросами L ≤ L_cмежа зони не має провисання (h_с = h_о). Для відстаней L_c ≤ L ≤ L_max висота h_c визначається за формулою (18.7).

Граничні відстані L_max і L_c обчислюються за емпіричними формулами (табл. 8.11), придатними для тросів з висотою підвісу до 150 м. При більшій висоті блискавковідводів слід користуватися спеціальним програмним забезпеченням.

Таблиця 18.11 — Формули для розрахунку параметрів зони захисту подвійного тросового блискавковідводу

Продовження таблиці 18.11

Довжина горизонтального перерізу зони захисту l_x на висоті h_x визначається:

l при 0 < h_c < h_xза формулою (18.8);

l при h_c ≥ h_x за формулою (18.9).

18.3.5. Розрахунок зони захисту замкнутого тросового блискавковідводу.

Розрахункові формули розділу 18.3.4 у контрольній роботі можуть бути використані для визначення висоти підвісу замкнутого тросового блискавковідводу, призначеного для захисту з необхідною надійністю об'єктів заввишки h_о < 30 м, розміщених на прямокутному майданчику площею S_о у внутрішньому об'ємі зони при мінімальному горизонтальному зсуві між блискавковідводом і об'єктом, рівному D (рис. 18.6).

Рис. 18.6. Зона захисту замкнутого тросового блискавковідводу

На рис. 18.6 показані:

h — висота замкнутого тросового блискавковідводу;

h_об – висота об’єкта;

D — горизонтальний зсув між блискавковідводом і об'єктом.

Під висотою підвісу троса мається на увазі мінімальна відстань від троса до поверхні землі з урахуванням можливих провисань у літній сезон.

Для розрахунку h у контрольній роботі необхідно використати формулу:

(18.11)

де А і В – константи, що визначаються залежно від рівня надійності захисту за наступними формулами:

u при надійності захисту Р₃ = 0,99:

;(18.12)

; (18.13)

u при надійності захисту Р₃ = 0,999:

^; (18.14)

. (18.15).

Розрахункові співвідношення справедливі, коли D > 5 м. Робота з меншими горизонтальними зсувами троса недоцільна через високу імовірність зворотних перекриттів блискавки з троса на об'єкт, що захищається. З економічних міркувань замкнуті тросові блискавковідводи не рекомендуються, коли необхідна надійність захисту менше 0,99.

Читайте також:

1. АСОЦІАЦІЯ. ПОБУДОВА АСОЦІАТИВНОГО КУЩА
2. Бухгалтерські рахунки, їх призначення, функції і побудова
3. Бюджетний устрійпоказує, в який спосіб побудована бюджетна система. Іншими словами,він відображає організацію вертикальної структури бюджету держави за рівнями влади.
4. Визначення практичної придатності побудованої ої регресійної моделі.
5. Д80.Парламент в ЗК.ознаки 81.Побудова та основні ознаки парламенту в ЗК.
6. Дискретні радіодеталі, побудовані на основі провідникових і
7. Емпіричні формули. Побудова формули лінійної залежності методом найменших квадратів
8. Загальна побудова організації контрольного процесу в умовах автоматизованої обробки інформації
9. Загальна схема дослідження функції і побудова її графіка
10. Зміст і побудова інструкцій
11. ЗМІСТ І ПОБУДОВА ІНСТРУКЦІЙ З ОХОРОНИ ПРАЦІ
12. Зони ризику. Побудова кривої ризику.

Переглядів: 3098